【科普】五种可能的星际旅行的方式全面分析@土豆泥
未来的星际旅行是一个宏大的命题，感谢题主@吉鑫磊把我邀请进来。
在开始讨论问题之前，我们先从历史中的一个小片段开始：
1977年的8月和9月，承载着时人重大梦想的旅行者号飞船1号（Voyager 1）和2号（Voyager 2）相继出发，离开地球（这里只讲旅行者号，因为篇幅所限，先驱者10号和11号的事不提，要了解的朋友去这里：Space Today Online -- The Pioneer spacecraft still areoutbound）。
作为追寻星辰大海中生命火种的重大使命之任务载体，星际航行这种技术既是人类空间争霸的阿喀琉斯之踵，同时也是打通宇宙帝国河西走廊的任督二脉，说它如何重要都不为过，我在这里为大家大致梳理一下旅行者号的时间线：
早在2013年的9月，NASA就宣布了旅行者1号飞出了日球层，成为现时距离地球最远的人造飞行器，也是第一个进入星际空间的航天器，而在40000年后，它将会飞过其路线上距离鹿豹座的恒星格利泽445（目前正在以119km/s的径向速度接近我们的太阳）最近的位置：1.6光年，这是一个什么概念呢？1.6光年=100915.2AU（1AU=150000000km，1个天文单位定义为地球到太阳的距离），大约是海王星到太阳距离的3400倍，相当于奥尔特云（Oort cloud）最外层到太阳的距离。
得益于当时176年一遇的行星连珠（thegrand tour）大事件，旅行者号飞船得到了强大的引力助推作用，使其速度达到了远超于太阳系逃逸速度的数值（大于先驱者和新视野号的速度，对比数值详见Spacecraft escaping the Solar System）：
根据NASA的数据，在2012年时他们得到旅行者1号的对日速度是17.043km/s，这个速度有多快呢，大家点进这个网站感受一下：旅行者一号的距离
但即便是这样，要抵达距离太阳系最近的恒星——半人马座的南门二三合星系统中的比邻星（Proxima Centauri），以对准比邻星的方向和高达17.043km/s的对日速度匀速航行，也要花上73775年的时间！
另外，旅行者1号使用的是放射性同位素热电机（Radioisotope thermoelectric generator）来进行发电，其原理是利用热电偶阵列接受一些合适的放射性物质（比如放射性同位素钚238），然后转化其衰变时所放出的热量为电能进行供电。
虽然它比燃料电池、锂离子电池、普通发电机和太阳能电池在无人维护或者太阳光照不足的条件下更有优势，但是因为其燃料源的放射性衰变，使得放射性同位素热电机的发电功率持续的下降，以每年4.2Watt的速度减少，所以每隔一段时间，旅行者1号就会关闭一项功能以保存剩下的仪器运转正常，比如在2010年它就停止了紫外线分光计的观测，而到2025年以后，就不再会有足够的电力能源保障其余的仪器正常运作了。
如果我们想要在短时间抑或几代人的时间内完成星际旅行，那么我们就必须指望新科技或者就有技术的提升，下面我将根据youtube的这个视频：https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
为模板，为大家呈现五种可能的星际旅行方案：
伊·马镇楼
记得开wi-fi哦
在开始讨论问题之前，我们先从历史中的一个小片段开始：
1977年的8月和9月，承载着时人重大梦想的旅行者号飞船1号（Voyager 1）和2号（Voyager 2）相继出发，离开地球（这里只讲旅行者号，因为篇幅所限，先驱者10号和11号的事不提，要了解的朋友去这里：Space Today Online -- The Pioneer spacecraft still areoutbound）。
作为追寻星辰大海中生命火种的重大使命之任务载体，星际航行这种技术既是人类空间争霸的阿喀琉斯之踵，同时也是打通宇宙帝国河西走廊的任督二脉，说它如何重要都不为过，我在这里为大家大致梳理一下旅行者号的时间线：
早在2013年的9月，NASA就宣布了旅行者1号飞出了日球层，成为现时距离地球最远的人造飞行器，也是第一个进入星际空间的航天器，而在40000年后，它将会飞过其路线上距离鹿豹座的恒星格利泽445（目前正在以119km/s的径向速度接近我们的太阳）最近的位置：1.6光年，这是一个什么概念呢？1.6光年=100915.2AU（1AU=150000000km，1个天文单位定义为地球到太阳的距离），大约是海王星到太阳距离的3400倍，相当于奥尔特云（Oort cloud）最外层到太阳的距离。
得益于当时176年一遇的行星连珠（thegrand tour）大事件，旅行者号飞船得到了强大的引力助推作用，使其速度达到了远超于太阳系逃逸速度的数值（大于先驱者和新视野号的速度，对比数值详见Spacecraft escaping the Solar System）：
根据NASA的数据，在2012年时他们得到旅行者1号的对日速度是17.043km/s，这个速度有多快呢，大家点进这个网站感受一下：旅行者一号的距离
但即便是这样，要抵达距离太阳系最近的恒星——半人马座的南门二三合星系统中的比邻星（Proxima Centauri），以对准比邻星的方向和高达17.043km/s的对日速度匀速航行，也要花上73775年的时间！
另外，旅行者1号使用的是放射性同位素热电机（Radioisotope thermoelectric generator）来进行发电，其原理是利用热电偶阵列接受一些合适的放射性物质（比如放射性同位素钚238），然后转化其衰变时所放出的热量为电能进行供电。
虽然它比燃料电池、锂离子电池、普通发电机和太阳能电池在无人维护或者太阳光照不足的条件下更有优势，但是因为其燃料源的放射性衰变，使得放射性同位素热电机的发电功率持续的下降，以每年4.2Watt的速度减少，所以每隔一段时间，旅行者1号就会关闭一项功能以保存剩下的仪器运转正常，比如在2010年它就停止了紫外线分光计的观测，而到2025年以后，就不再会有足够的电力能源保障其余的仪器正常运作了。
如果我们想要在短时间抑或几代人的时间内完成星际旅行，那么我们就必须指望新科技或者就有技术的提升，下面我将根据youtube的这个视频：https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
为模板，为大家呈现五种可能的星际旅行方案：
伊·马镇楼
记得开wi-fi哦
1.传统火箭燃料型（Traditional RocketFuel）
人类史上最快的载人航天器飞行记录的保持者是阿波罗10号，曾经达到39897km/h的速度，换算一下就是11.08km/s，那么以这个速度奔向南门二（Alpha Centauri，距离太阳系最近的恒星系），也要······120000年！额······，究竟还想不想看《名侦探柯南》的结局了？
这还没完呢，星际旅行中，推进器燃料才是最大的问题，因为动量守恒sucks！
而我们知道，最大速度与火箭排气速度、燃料质量和飞行器质量有关，换言之，就是依据齐奥尔科夫斯基火箭方程（Tsiolkovsky rocket equation）：
排气速度（exhaustvelocity）实际上跟引擎的性质有关，选择不同的引擎，不同的燃料，其排气速度可以从几千到几百万米每秒不等，这里有一个引擎列表网站，大家可以一览：Engine List - Atomic Rockets
长征五号起飞的质量大概是869吨。如果你想要在人类生命的有限时间内达到南门二，那么航行的速度至少要达到光速的10%，把数据带入一算，你会发现，呵呵，所需要的燃料质量有这么大：
比可观测宇宙（~10^53kg）还要大！显然是不可能的了。
所以这有一种解决方案，装载数量较少、但能量密度很高的燃料来推进达到10%的光速：
没错，这就是第二种恒星际旅行方案：Fusion！
人类史上最快的载人航天器飞行记录的保持者是阿波罗10号，曾经达到39897km/h的速度，换算一下就是11.08km/s，那么以这个速度奔向南门二（Alpha Centauri，距离太阳系最近的恒星系），也要······120000年！额······，究竟还想不想看《名侦探柯南》的结局了？
这还没完呢，星际旅行中，推进器燃料才是最大的问题，因为动量守恒sucks！
而我们知道，最大速度与火箭排气速度、燃料质量和飞行器质量有关，换言之，就是依据齐奥尔科夫斯基火箭方程（Tsiolkovsky rocket equation）：
排气速度（exhaustvelocity）实际上跟引擎的性质有关，选择不同的引擎，不同的燃料，其排气速度可以从几千到几百万米每秒不等，这里有一个引擎列表网站，大家可以一览：Engine List - Atomic Rockets
长征五号起飞的质量大概是869吨。如果你想要在人类生命的有限时间内达到南门二，那么航行的速度至少要达到光速的10%，把数据带入一算，你会发现，呵呵，所需要的燃料质量有这么大：
比可观测宇宙（~10^53kg）还要大！显然是不可能的了。
所以这有一种解决方案，装载数量较少、但能量密度很高的燃料来推进达到10%的光速：
没错，这就是第二种恒星际旅行方案：Fusion！
2.核聚变动力型（Nuclear Fusion）
为什么不试一试直接在飞行器尾部不断引爆核弹，然后依靠爆炸来推进呢？这个概念其实早就有了，美国的猎户座计划（Project Orion (nuclear propulsion)）的核心宗旨就是利用核弹引爆推进：
This fabled technology converts the impulsesof small nuclear detonations into thrust.
The small shaped-charge bombs each have a mass of 230 kg (including propellant)and a yield of a quarter kiloton (1 terajoule). The fissilematerial is curium 245, with acritical mass of 4 kg, surrounded by a beryllium reflector. The soft X-rays, UVand plasma from the external detonation vaporize and compress the propellant toa gram per liter, highly opaque to the bomb energies at the temperaturesattained (67000 K).
引自Engine List - Atomic Rockets
在上世纪50年代的后期，弗里曼·戴森和泰德·泰勒等人就这个项目煞费苦心，但是没办法，1963年的《部分禁止核试验条约》（Partial Test Ban Treaty, PTBT）直接中止了这个项目，合约中明确说明了不能在外层空间包括大气层、外太空进行一切核试验有关的活动。
但是让我们假设，人类的生存条件危在旦夕，不得不使用这项技术了，并且现代的热核装置已经足够先进。把星际战舰总质量的3/4都腾给300000颗当量1兆吨的氢弹，并在1个月内逐次逐个地引爆这些核弹，以1g的加速度来加速至光速的10%。
这样我们就可以在44年内到达到达南门二喽，假设我们不需要减速下来的话。实际上，高速航行的减速一直是很大的难题，一般需要使用一半的燃料进行减速，所以就意味着实际装载的燃料只能提供到5%的光速，不过那也没关系，还是可以在90年内完成这个单程的旅途。也就是说，需要三代人在星际战舰上的传承，并保证星际宝宝能安全的出生和成长。
对于核弹的建造，我们早已不再陌生，其他部件不管难度如何，都不会阻拦这项科技成为目前为止，在短期内最为可行的方案。
在未来，当具有更加复杂的磁性限制以及防止等离子体不稳的控制方案提出后，轻小型的核聚变反应堆就有可能发明出来，进一步提高比冲量、效率，减少燃料载量，比如·······
Option A——代达罗斯计划（Project Daedalus）
代达罗斯计划是英国星际学会在1973至1978年之间倡导的研究计划，考虑使用无人太空船对另一个恒星系统进行快速的探测。其技术就是运用核聚变火箭推进，并且只要50年，在一个人的有生之年内，就可以抵达另一颗恒星。巴纳德星（除南门二之外距离太阳系第四近的恒星，公元11800年时，会距地球仅3.85光年，那时它就会成了除太阳以外离地球最近的恒星）被选择为其中一个主要的目标。
虽然是一个无人探测器，代达罗斯却重达5.4万吨，相当于半艘尼米兹级核动力航空母舰的质量，其中燃料的质量达5万吨，科学仪器质量只有区区的500吨。因为实在太大，所以这个探测器将在地球轨道上建造。代达罗斯探测器是个两级的飞行器，第一级工作2年，把它加速到光速的7.1％。之后第二级工作1.8年，把它加速到光速的12％，然后关闭发动机，在茫茫太空中巡航46年，最后到达目的地。因为在太空中要经受住极低温的考验，探测器外壳大量使用了铍，使飞行器在低温中仍然能保持结构强度。
引自Project Daedalus
Option B——惯性约束聚变（Inertial confinement fusion，ICF）
因为我的专业不是高能物理方向，把话语权暂时转给wiki吧：
惯性约束聚变是一种核聚变技术，这项技术利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力，来引发核聚变反应。
以激光进行惯性约束聚变的图解。蓝色箭头代表激光；橘色代表固态球状核燃料向外爆裂的力量；紫色代表因激光热能而产生向内的惯性作用力。
1. 激光光束，或是以激光产生的X光，快速加热燃料球表面，在周围形成等离子体。
2. 燃料核因为表面爆裂产生向内的反作用力，遭到挤压。
3. 当燃料核的密度比铅还大二十倍，温度到达100000000 ˚C，进入最后阶段。
4. 压缩后的燃料核，产生的热量快速向外放射，发散的能量是激光光束加在燃料球上的数倍。
引自Inertial confinement fusion
Option C-可变比冲磁等离子体火箭（Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket，简称VASIMR）
这种火箭其实是一种电磁推进器，利用无线电波电离并加热推进剂，同时加载一个磁场来加速产生的等离子产生推力：
VASIMR最早是被定位于空间托运用途，一般用于轨道转移交通工具。使用VASIMR加速后托运力可以达到34公吨——从低地轨道到低月轨道而只需要8公吨的氩气推进剂，而普通的化学火箭则需要60公吨的液氧-液氢推进剂。
使用高速档的VASIMR，其排气速度可以达到惊人的294000m/s。2004年，NASAJohnson Space Center的AdvancedSpace Propulsion Laboratory就写了一篇小科普，大家有兴趣可以去看看：http://web.mit.edu/mars/Conference_Archives/MarsWeek04_April/Speaker_Documents/VASIMREngine-TimGlover.pdf
但是，聚变只能把不到1%的静质量转化成能量，如果我们能做到接近100%呢？
这就是我们要谈的另一种选择·······
为什么不试一试直接在飞行器尾部不断引爆核弹，然后依靠爆炸来推进呢？这个概念其实早就有了，美国的猎户座计划（Project Orion (nuclear propulsion)）的核心宗旨就是利用核弹引爆推进：
This fabled technology converts the impulsesof small nuclear detonations into thrust.
The small shaped-charge bombs each have a mass of 230 kg (including propellant)and a yield of a quarter kiloton (1 terajoule). The fissilematerial is curium 245, with acritical mass of 4 kg, surrounded by a beryllium reflector. The soft X-rays, UVand plasma from the external detonation vaporize and compress the propellant toa gram per liter, highly opaque to the bomb energies at the temperaturesattained (67000 K).
引自Engine List - Atomic Rockets
在上世纪50年代的后期，弗里曼·戴森和泰德·泰勒等人就这个项目煞费苦心，但是没办法，1963年的《部分禁止核试验条约》（Partial Test Ban Treaty, PTBT）直接中止了这个项目，合约中明确说明了不能在外层空间包括大气层、外太空进行一切核试验有关的活动。
但是让我们假设，人类的生存条件危在旦夕，不得不使用这项技术了，并且现代的热核装置已经足够先进。把星际战舰总质量的3/4都腾给300000颗当量1兆吨的氢弹，并在1个月内逐次逐个地引爆这些核弹，以1g的加速度来加速至光速的10%。
这样我们就可以在44年内到达到达南门二喽，假设我们不需要减速下来的话。实际上，高速航行的减速一直是很大的难题，一般需要使用一半的燃料进行减速，所以就意味着实际装载的燃料只能提供到5%的光速，不过那也没关系，还是可以在90年内完成这个单程的旅途。也就是说，需要三代人在星际战舰上的传承，并保证星际宝宝能安全的出生和成长。
对于核弹的建造，我们早已不再陌生，其他部件不管难度如何，都不会阻拦这项科技成为目前为止，在短期内最为可行的方案。
在未来，当具有更加复杂的磁性限制以及防止等离子体不稳的控制方案提出后，轻小型的核聚变反应堆就有可能发明出来，进一步提高比冲量、效率，减少燃料载量，比如·······
Option A——代达罗斯计划（Project Daedalus）
代达罗斯计划是英国星际学会在1973至1978年之间倡导的研究计划，考虑使用无人太空船对另一个恒星系统进行快速的探测。其技术就是运用核聚变火箭推进，并且只要50年，在一个人的有生之年内，就可以抵达另一颗恒星。巴纳德星（除南门二之外距离太阳系第四近的恒星，公元11800年时，会距地球仅3.85光年，那时它就会成了除太阳以外离地球最近的恒星）被选择为其中一个主要的目标。
虽然是一个无人探测器，代达罗斯却重达5.4万吨，相当于半艘尼米兹级核动力航空母舰的质量，其中燃料的质量达5万吨，科学仪器质量只有区区的500吨。因为实在太大，所以这个探测器将在地球轨道上建造。代达罗斯探测器是个两级的飞行器，第一级工作2年，把它加速到光速的7.1％。之后第二级工作1.8年，把它加速到光速的12％，然后关闭发动机，在茫茫太空中巡航46年，最后到达目的地。因为在太空中要经受住极低温的考验，探测器外壳大量使用了铍，使飞行器在低温中仍然能保持结构强度。
引自Project Daedalus
Option B——惯性约束聚变（Inertial confinement fusion，ICF）
因为我的专业不是高能物理方向，把话语权暂时转给wiki吧：
惯性约束聚变是一种核聚变技术，这项技术利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力，来引发核聚变反应。
以激光进行惯性约束聚变的图解。蓝色箭头代表激光；橘色代表固态球状核燃料向外爆裂的力量；紫色代表因激光热能而产生向内的惯性作用力。
1. 激光光束，或是以激光产生的X光，快速加热燃料球表面，在周围形成等离子体。
2. 燃料核因为表面爆裂产生向内的反作用力，遭到挤压。
3. 当燃料核的密度比铅还大二十倍，温度到达100000000 ˚C，进入最后阶段。
4. 压缩后的燃料核，产生的热量快速向外放射，发散的能量是激光光束加在燃料球上的数倍。
引自Inertial confinement fusion
Option C-可变比冲磁等离子体火箭（Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket，简称VASIMR）
这种火箭其实是一种电磁推进器，利用无线电波电离并加热推进剂，同时加载一个磁场来加速产生的等离子产生推力：
VASIMR最早是被定位于空间托运用途，一般用于轨道转移交通工具。使用VASIMR加速后托运力可以达到34公吨——从低地轨道到低月轨道而只需要8公吨的氩气推进剂，而普通的化学火箭则需要60公吨的液氧-液氢推进剂。
使用高速档的VASIMR，其排气速度可以达到惊人的294000m/s。2004年，NASAJohnson Space Center的AdvancedSpace Propulsion Laboratory就写了一篇小科普，大家有兴趣可以去看看：http://web.mit.edu/mars/Conference_Archives/MarsWeek04_April/Speaker_Documents/VASIMREngine-TimGlover.pdf
但是，聚变只能把不到1%的静质量转化成能量，如果我们能做到接近100%呢？
这就是我们要谈的另一种选择·······
3.反物质引擎（Antimatter Drive）
反物质和物质一旦相遇，就会相互吸引、碰撞而100%转化为光并释放出的巨大的能量，这个过程叫做湮灭。如果把它们用作燃料，则能源效率极高无比。
举个例子，10g的反物质引擎，可以让我们在1个月内到达火星
不过，最大的困难是收集、扑捉和保存反物质。我们都知道，反物质无法在自然界找到，要有的话也是稍纵即逝的短暂存在，比如放射衰变或者宇宙射线等影响。即便人们可以在实验室内制造出反物质，又或者在粒子加速器里合成，但也是非常缓慢而且造价及其昂贵，一次只能得到少量的反质子，到不了那种可以航行到恒星的千克级别。
假设我们能达到量产反质子的水平，比如达到现在产能的100万亿万亿倍，那么反物质火箭（更特定地说是π介子火箭）就有可能成为一种选择了：
让质子和反质子进行湮灭，你会得到带电的以近光速移动π介子（charged pion）。再加载磁场后，这些π介子就可以提供推进力，它所能提供的能量密度是最优化的核聚变火箭的50倍之多。那么，降低燃料的装载量意味着星际战舰的最大速度只取决于夹带的反物质总量。
于是50%的光速就成为了可能，这样我们到南门二的旅途只要花费10时间。再进一步，逼近80%的光速也是有可能的，而这将会是非常棒的一种尝试，因为时间膨胀效应得到显著加强，以宇航员为参考系：
只需要3年零三个月的时间。
火箭和推进器的设想确实非常酷，但如果我们根本就不需要装带推进剂呢？如果我们能“帆航”至别的恒星呢？
下面就是基于这个理念的另一种星际旅行设想······
反物质和物质一旦相遇，就会相互吸引、碰撞而100%转化为光并释放出的巨大的能量，这个过程叫做湮灭。如果把它们用作燃料，则能源效率极高无比。
举个例子，10g的反物质引擎，可以让我们在1个月内到达火星
不过，最大的困难是收集、扑捉和保存反物质。我们都知道，反物质无法在自然界找到，要有的话也是稍纵即逝的短暂存在，比如放射衰变或者宇宙射线等影响。即便人们可以在实验室内制造出反物质，又或者在粒子加速器里合成，但也是非常缓慢而且造价及其昂贵，一次只能得到少量的反质子，到不了那种可以航行到恒星的千克级别。
假设我们能达到量产反质子的水平，比如达到现在产能的100万亿万亿倍，那么反物质火箭（更特定地说是π介子火箭）就有可能成为一种选择了：
让质子和反质子进行湮灭，你会得到带电的以近光速移动π介子（charged pion）。再加载磁场后，这些π介子就可以提供推进力，它所能提供的能量密度是最优化的核聚变火箭的50倍之多。那么，降低燃料的装载量意味着星际战舰的最大速度只取决于夹带的反物质总量。
于是50%的光速就成为了可能，这样我们到南门二的旅途只要花费10时间。再进一步，逼近80%的光速也是有可能的，而这将会是非常棒的一种尝试，因为时间膨胀效应得到显著加强，以宇航员为参考系：
只需要3年零三个月的时间。
火箭和推进器的设想确实非常酷，但如果我们根本就不需要装带推进剂呢？如果我们能“帆航”至别的恒星呢？
下面就是基于这个理念的另一种星际旅行设想······
4.光帆（Light Sail）
光帆，顾名思义，跟普通帆船不同的是，它们依靠不是普通的风力而是由光组成的“光风”。
现今大多数关于光帆的设计都是用在太阳系内巡游的探测器，比如来自行星协会的Bill Nye等人合力推动的“Light Sail Probe”项目，这个项目的目的就是利用太阳的光线进行推进而不用装带任何的化学燃料。因为太阳发出的光子本具有能量和动量，所以借助这些光子的反射，光帆可以得到推进加速，虽然反弹的动量较小，但却是可持续的。
我摘两段话出来，大家看看：
Instead of converting the Sun's energyto usable electricity like traditional solar-powered space vehicles, a fullyfunctional LightSail will coast on the sun's rays, moving itssail to and fro to make sure the solar radiation is constantly propelling it inthe direction it wants to go. In other words, it surfs through space withoutburning fuel.
引自Bill Nye's first LightSail probe to launch Wednesday
Solar sail spacecraft capture lightmomentum with large, lightweight mirrored surfaces—sails. As light reflects off asail, most of its momentum is transferred, pushing on thesail. The resulting acceleration is small, butcontinuous. Unlikechemical rockets that provide short bursts of thrust, solar sails thrustcontinuously and can reach higher speeds over time.
引自LightSail | The Planetary Society
这是一张光帆1号于2015年6月8号在地球同步轨道上拍摄自己的“帆布”的一瞬间：
但这样的尺寸只是典型的无人飞行器设计形态。
如果我们想要载人风帆呢？如果我们采用不同的材质和光源呢？
设想一种风帆的帆布上是由长和宽约一公里的蓝宝石（Sapphire）铺展的涂层覆盖，通过巨型的空间激光射线推进引航，而这种激光的爆波能量相当于100个核电站之多！
选用蓝宝石（蓝宝石是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝——Al2O3），是因为其具有高反射、热绝缘等绝佳的性能。
想象一下，建造在月亮之上大型He-3反应堆或者围绕太阳轨道的大型太阳能板激发出的光线：
因为我们并没有装载任何的燃料，所以风帆的最大速度只取决于激光的能量、激光的瞄准程度以及帆布的大小。
射线的有效距离越长，所获得的速度也就越大，达到10%的光速或者稍微更大一些是有可能的。
当然了，在目的地减速又是一个很大的问题。有人提过用目标恒星的stellarwind（恒星风）来减速，不过也是难度很大。尽管如此，在不断扩大光帆尺寸之后的载人，以及能超过10%的光速的可能确实令人无限向往。
最后一种，可能最酷炫、也许最作死、但却最碉堡的是······
光帆，顾名思义，跟普通帆船不同的是，它们依靠不是普通的风力而是由光组成的“光风”。
现今大多数关于光帆的设计都是用在太阳系内巡游的探测器，比如来自行星协会的Bill Nye等人合力推动的“Light Sail Probe”项目，这个项目的目的就是利用太阳的光线进行推进而不用装带任何的化学燃料。因为太阳发出的光子本具有能量和动量，所以借助这些光子的反射，光帆可以得到推进加速，虽然反弹的动量较小，但却是可持续的。
我摘两段话出来，大家看看：
Instead of converting the Sun's energyto usable electricity like traditional solar-powered space vehicles, a fullyfunctional LightSail will coast on the sun's rays, moving itssail to and fro to make sure the solar radiation is constantly propelling it inthe direction it wants to go. In other words, it surfs through space withoutburning fuel.
引自Bill Nye's first LightSail probe to launch Wednesday
Solar sail spacecraft capture lightmomentum with large, lightweight mirrored surfaces—sails. As light reflects off asail, most of its momentum is transferred, pushing on thesail. The resulting acceleration is small, butcontinuous. Unlikechemical rockets that provide short bursts of thrust, solar sails thrustcontinuously and can reach higher speeds over time.
引自LightSail | The Planetary Society
这是一张光帆1号于2015年6月8号在地球同步轨道上拍摄自己的“帆布”的一瞬间：
但这样的尺寸只是典型的无人飞行器设计形态。
如果我们想要载人风帆呢？如果我们采用不同的材质和光源呢？
设想一种风帆的帆布上是由长和宽约一公里的蓝宝石（Sapphire）铺展的涂层覆盖，通过巨型的空间激光射线推进引航，而这种激光的爆波能量相当于100个核电站之多！
选用蓝宝石（蓝宝石是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝——Al2O3），是因为其具有高反射、热绝缘等绝佳的性能。
想象一下，建造在月亮之上大型He-3反应堆或者围绕太阳轨道的大型太阳能板激发出的光线：
因为我们并没有装载任何的燃料，所以风帆的最大速度只取决于激光的能量、激光的瞄准程度以及帆布的大小。
射线的有效距离越长，所获得的速度也就越大，达到10%的光速或者稍微更大一些是有可能的。
当然了，在目的地减速又是一个很大的问题。有人提过用目标恒星的stellarwind（恒星风）来减速，不过也是难度很大。尽管如此，在不断扩大光帆尺寸之后的载人，以及能超过10%的光速的可能确实令人无限向往。
最后一种，可能最酷炫、也许最作死、但却最碉堡的是······
5.黑洞引擎（Blackhole Drive）
或者按照科幻小说——Schwarzschild Kugelblitz（史瓦西球形闪电）
Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole这篇文章花了一大段讲这种科幻技术，太长了。
我为大家摘一段维基上的介绍：
In theoretical physics, a kugelblitz (German:"ball lightning") is a concentration of light so intense that it forms anevent horizon and becomes self-trapped: according to general relativity, ifenoughradiation is aimed into a region, theconcentration of energy can warp spacetimeenough for theregion to become a black hole (although thiswould be a black hole whose originalmass-energy had been in the form ofradiant energy rather than matter). In simpler terms, a kugelblitz isa black hole formed from energy as opposed to mass.
引自Kugelblitz (astrophysics)
简单来说呢，就是利用人造的黑洞来为引擎提供动力。这种黑洞不是产生于质量，而是来自于光。
根据爱因斯坦的广义相对论，足够高能量密度的激光束汇聚于足够小的一个区域，可以扭曲这个区域的时空构造产生一个奇点——Kugelblitz（在德语中由球形闪电的意思），这是一个单纯由能量激发而成的黑洞。一个正好尺寸的黑洞可以提供巨量的霍金辐射，如果尺寸越小，辐射越快，寿命也越短，尺寸太大，辐射则过慢，同时也很难帮助星际战舰提速更不方便夹带。
根据视频里的计算
一个质量的黑洞（相当于两座帝国大厦的重量），其尺寸只相当于一个质子，而这样一个黑洞可以达到的辐射功率！相当于全球总能量消耗的10000倍！
这个黑洞会在三年半辐射殆尽，假设我们能提取大部分的辐射，这样的功率能在20天内帮助星际战舰提速至10%的光速，在三年半的时间内也许能加速至70%的光速。毫无疑问的是，这个技术将会比其他任何一项科技都要快，都要酷。但唯一的缺陷就是，制造出黑洞的激光功率需要比黑洞的功率还要大，因此对比其余技术，这也是离我们最远的最远的科技。
中场休息一下
或者按照科幻小说——Schwarzschild Kugelblitz（史瓦西球形闪电）
Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole这篇文章花了一大段讲这种科幻技术，太长了。
我为大家摘一段维基上的介绍：
In theoretical physics, a kugelblitz (German:"ball lightning") is a concentration of light so intense that it forms anevent horizon and becomes self-trapped: according to general relativity, ifenoughradiation is aimed into a region, theconcentration of energy can warp spacetimeenough for theregion to become a black hole (although thiswould be a black hole whose originalmass-energy had been in the form ofradiant energy rather than matter). In simpler terms, a kugelblitz isa black hole formed from energy as opposed to mass.
引自Kugelblitz (astrophysics)
简单来说呢，就是利用人造的黑洞来为引擎提供动力。这种黑洞不是产生于质量，而是来自于光。
根据爱因斯坦的广义相对论，足够高能量密度的激光束汇聚于足够小的一个区域，可以扭曲这个区域的时空构造产生一个奇点——Kugelblitz（在德语中由球形闪电的意思），这是一个单纯由能量激发而成的黑洞。一个正好尺寸的黑洞可以提供巨量的霍金辐射，如果尺寸越小，辐射越快，寿命也越短，尺寸太大，辐射则过慢，同时也很难帮助星际战舰提速更不方便夹带。
根据视频里的计算
一个质量的黑洞（相当于两座帝国大厦的重量），其尺寸只相当于一个质子，而这样一个黑洞可以达到的辐射功率！相当于全球总能量消耗的10000倍！
这个黑洞会在三年半辐射殆尽，假设我们能提取大部分的辐射，这样的功率能在20天内帮助星际战舰提速至10%的光速，在三年半的时间内也许能加速至70%的光速。毫无疑问的是，这个技术将会比其他任何一项科技都要快，都要酷。但唯一的缺陷就是，制造出黑洞的激光功率需要比黑洞的功率还要大，因此对比其余技术，这也是离我们最远的最远的科技。
中场休息一下
（我们来算算实际情况，根据大型强子对撞机（Large Hadron Collider）的数据，目前为止最强力的质子质子对碰实验能释放出~13TeV的能量，如果我们把这些撞击的能量转化为黑洞，那么根据质能方程：
我们可以大致算出这个黑洞的质量为
根据公式：可以大致算出这个黑洞的史瓦西半径为
，小到没有普朗克长度
如果你相信霍金辐射（Hawking radiation）的话，会有：你会发现，这个集合我们目前为止最强力的对撞实验所释放的能量所可能制造的黑洞，其存在时间只有，呵呵呵，
什么概念呢？宇宙大爆炸理论中的暴涨时期（Inflation (cosmology)），大家知道吧
其持续时间只有
！比暴涨还要短的多的多的多
我们可以大致算出这个黑洞的质量为根据公式：
可以大致算出这个黑洞的史瓦西半径为，小到没有普朗克长度
如果你相信霍金辐射（Hawking radiation）的话，会有：
你会发现，这个集合我们目前为止最强力的对撞实验所释放的能量所可能制造的黑洞，其存在时间只有，呵呵呵，什么概念呢？宇宙大爆炸理论中的暴涨时期（Inflation (cosmology)），大家知道吧
其持续时间只有
！比暴涨还要短的多的多的多
辣么，不说别的，如果我们能弄到史瓦西半径接近普朗克长度的黑洞呢？
普朗克长度=
那么我们可以算出这个黑洞的质量M大约为：
如此，根据霍金辐射，这个黑洞的寿命呼之欲出：
已经接近暴涨时间了
豁出去了，再把数量级增大15个点，如果能弄到级别的史瓦西黑洞嗫？
我们来看看这个黑洞的质量M：
打开霍金辐射，出招后得到：
寿命可以有7个小时左右
下面我们来算算这个黑洞在一开始时的温度：
这是一个非常高的温度，非常非常烫！而如果把这温度变换成能量的话就是1.6TeV!这也就意味着霍金辐射出的粒子不仅仅只有光子了：
除了高能伽马射线外，还能辐射出正电子-负电子对（positron-electronpairs）和质子-反质子对（proton-antiprotonpairs）。
那么黑洞辐射出的功率能有多少呢？大家看看：
这个功率水平大约是全世界2010年平均电力消耗的倍!
那么我们离目前可能出现的最小黑洞还有多长的道路要走呢？
首先，定义一下这个所谓的“最小黑洞”：当你把一个普朗克质量限制在一个普朗克体积所获得的黑洞。
然后，我们看一下LHC的13TeV这个数据。需要多少个质子的撞击来完成这个能量的需求呢？
LHC现在有2808束质子流，每束有个质子，一共就是只质子，而这些仅仅是一个普朗克质量黑洞所需能量的34%，意味着至少需要三台大型强子对撞机同时工作同时释放所有的质子流才能够达到最小黑洞的能量需求，然后我们还得把这些能量压缩到一个普朗克体积（）中去来完成这个最小黑洞，完全不可能！更别提这个黑洞几乎在瞬间就蒸发光的事实了。
小结：
上面讲了5种未来的星际旅行方式，大家在看过我的答案后，觉得哪种是最快的航行方式呢？哪种又是最为实际最为可能的呢？
老实说，如果我们必须要在极短的时间内移民或者殖民成为跨星种族，那么我选择核聚变动力型飞船，比如猎户座计划的设计。我们至少拥有核弹技术，要做的只是增加现有基础的200倍核储备，当然这个绝对违反《部分禁止核试验条约》。
即便最新的核聚变技术可能离我们至少50年之远，但聚变型引擎相比其他技术要更加的可持续。假设我们现在就尝试这个计划发射飞船的话，人类会在22世纪的后半叶登陆南门二。
反物质引擎和球形闪电黑洞推进器，它们还在遥远的未来。如果曲速引擎失败的话，它们会成为最有可能的替代品——让人们以相对最为接近光速、最纯粹的时间膨胀和尺缩效应的体验在银河系遨游。
如果我们没有人类火种的重任在肩，那么光帆技术值得一试。我们可以远洋第一艘光帆运载型无人探测器至南门二。从发射之日起不减速，需要45年的时间，再花个4.5年来接受信息。当然，载人光帆离得还很远，但是完全可行。
所以，人类的第一次星际旅行可能就会在光帆和聚变引擎之间的胜者上出现，但不管是哪一种，都会如史诗一般，众人传唱。
你最认可哪种呢？
普朗克长度=
那么我们可以算出这个黑洞的质量M大约为：
如此，根据霍金辐射，这个黑洞的寿命呼之欲出：
已经接近暴涨时间了
豁出去了，再把数量级增大15个点，如果能弄到级别的史瓦西黑洞嗫？
我们来看看这个黑洞的质量M：
打开霍金辐射，出招后得到：
寿命可以有7个小时左右
下面我们来算算这个黑洞在一开始时的温度：
这是一个非常高的温度，非常非常烫！而如果把这温度变换成能量的话就是1.6TeV!这也就意味着霍金辐射出的粒子不仅仅只有光子了：
除了高能伽马射线外，还能辐射出正电子-负电子对（positron-electronpairs）和质子-反质子对（proton-antiprotonpairs）。
那么黑洞辐射出的功率能有多少呢？大家看看：
这个功率水平大约是全世界2010年平均电力消耗的倍!
那么我们离目前可能出现的最小黑洞还有多长的道路要走呢？
首先，定义一下这个所谓的“最小黑洞”：当你把一个普朗克质量限制在一个普朗克体积所获得的黑洞。
然后，我们看一下LHC的13TeV这个数据。需要多少个质子的撞击来完成这个能量的需求呢？
LHC现在有2808束质子流，每束有个质子，一共就是只质子，而这些仅仅是一个普朗克质量黑洞所需能量的34%，意味着至少需要三台大型强子对撞机同时工作同时释放所有的质子流才能够达到最小黑洞的能量需求，然后我们还得把这些能量压缩到一个普朗克体积（
）中去来完成这个最小黑洞，完全不可能！更别提这个黑洞几乎在瞬间就蒸发光的事实了。小结：
上面讲了5种未来的星际旅行方式，大家在看过我的答案后，觉得哪种是最快的航行方式呢？哪种又是最为实际最为可能的呢？
老实说，如果我们必须要在极短的时间内移民或者殖民成为跨星种族，那么我选择核聚变动力型飞船，比如猎户座计划的设计。我们至少拥有核弹技术，要做的只是增加现有基础的200倍核储备，当然这个绝对违反《部分禁止核试验条约》。
即便最新的核聚变技术可能离我们至少50年之远，但聚变型引擎相比其他技术要更加的可持续。假设我们现在就尝试这个计划发射飞船的话，人类会在22世纪的后半叶登陆南门二。
反物质引擎和球形闪电黑洞推进器，它们还在遥远的未来。如果曲速引擎失败的话，它们会成为最有可能的替代品——让人们以相对最为接近光速、最纯粹的时间膨胀和尺缩效应的体验在银河系遨游。
如果我们没有人类火种的重任在肩，那么光帆技术值得一试。我们可以远洋第一艘光帆运载型无人探测器至南门二。从发射之日起不减速，需要45年的时间，再花个4.5年来接受信息。当然，载人光帆离得还很远，但是完全可行。
所以，人类的第一次星际旅行可能就会在光帆和聚变引擎之间的胜者上出现，但不管是哪一种，都会如史诗一般，众人传唱。
你最认可哪种呢？
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不知道大家注意到没有，上面突然提到了曲速引擎，喜欢科幻的亲们应该不会陌生，这里专门劈出一段聊聊：
说曲速引擎就不得不说一下米格尔·阿库别瑞先生，这位墨西哥物理学家率先提出了阿库别瑞度规（Alcubierre drive）
阿库别瑞同时也是一位科幻迷，非常喜欢电影或文学中超光速的概念（FasterThan Light，简称FTL），受到星际迷航（Star Trek）系列作品的启发，他决定进行一番探索，并吸纳了金·罗登贝瑞的“Warp”概念，于是给他的阿库别瑞度规起名“Warp Drive”，直译或来就是“曲速引擎”
啥也不说了，直接上人家的大作吧：
1994年的时候，阿库别瑞发表了这篇名为《Thewarp drive: hyper-fast travel within general relativity》的文章，就像在上面的截图中的摘要部分看到的，这是一个建立在广义相对论框架范围内的度规。
换句话说，阿库别瑞先生用爱因斯坦理论的数学语言构建了一个曲速场。
而其中一个爱因斯坦广义相对论方程的解，允许了FTL的存在。
首先，需要说的是这个解并不违反我们认知的物理法则，并不违反宇宙速度极限的原理。我们知道，光速涉及到物质（things），具体一点就是质量（mass）、能量（energy）和信息（information）：
广义相对论并没有限制时空中两个独立点之间的相对速度，最明显的例子就是我在之前的答案中《为什么宇宙的年龄是 130 亿年，而我们却能看到 470 亿光年远的东西？ - 土豆泥的回答》讲到的，根据哈勃常数，距离我们460亿光年之远的可观测宇宙的边界上的点正在以远离地球上的观察者（观察者的参考系），即便二者在自己局部的参考系内都是静止的，但是这个“速度”也已经妥妥的超了光速：
另外，在一个黑洞的视界（event horizon）以内，时空像瀑布一下由视界超光速倾泻而下直至中央奇点，顺带着一切光、物质和猴子等等：
忽略上图的比例尺。
本质上，质量&能量告诉我们时空如何扭曲，但是只要你足够丧心病狂，你可以自己塑造一个不涵盖真实的质量&能量分布的广义相对论场方程的解，这就是阿库别瑞所做的。
不知道大家注意到没有，上面突然提到了曲速引擎，喜欢科幻的亲们应该不会陌生，这里专门劈出一段聊聊：
说曲速引擎就不得不说一下米格尔·阿库别瑞先生，这位墨西哥物理学家率先提出了阿库别瑞度规（Alcubierre drive）
阿库别瑞同时也是一位科幻迷，非常喜欢电影或文学中超光速的概念（FasterThan Light，简称FTL），受到星际迷航（Star Trek）系列作品的启发，他决定进行一番探索，并吸纳了金·罗登贝瑞的“Warp”概念，于是给他的阿库别瑞度规起名“Warp Drive”，直译或来就是“曲速引擎”
啥也不说了，直接上人家的大作吧：
1994年的时候，阿库别瑞发表了这篇名为《Thewarp drive: hyper-fast travel within general relativity》的文章，就像在上面的截图中的摘要部分看到的，这是一个建立在广义相对论框架范围内的度规。
换句话说，阿库别瑞先生用爱因斯坦理论的数学语言构建了一个曲速场。
而其中一个爱因斯坦广义相对论方程的解，允许了FTL的存在。
首先，需要说的是这个解并不违反我们认知的物理法则，并不违反宇宙速度极限的原理。我们知道，光速涉及到物质（things），具体一点就是质量（mass）、能量（energy）和信息（information）：
广义相对论并没有限制时空中两个独立点之间的相对速度，最明显的例子就是我在之前的答案中《为什么宇宙的年龄是 130 亿年，而我们却能看到 470 亿光年远的东西？ - 土豆泥的回答》讲到的，根据哈勃常数，距离我们460亿光年之远的可观测宇宙的边界上的点正在以
远离地球上的观察者（观察者的参考系），即便二者在自己局部的参考系内都是静止的，但是这个“速度”也已经妥妥的超了光速：另外，在一个黑洞的视界（event horizon）以内，时空像瀑布一下由视界超光速倾泻而下直至中央奇点，顺带着一切光、物质和猴子等等：
忽略上图的比例尺。
本质上，质量&能量告诉我们时空如何扭曲，但是只要你足够丧心病狂，你可以自己塑造一个不涵盖真实的质量&能量分布的广义相对论场方程的解，这就是阿库别瑞所做的。
大家看这一段：
利用广义相对论的（3+1）模式，时空可以用常数坐标t来表示为类空超曲面的叶片状结构，所以阿库别瑞度规的广义形式为：
上式中，是递减函数，代表的是相邻超曲面之间的固有时间间隔；是位移矢量，将不同超曲面空间坐标系统联系起来；是每个超曲面上都具有的正定度规。
然后他定义了以下两个函数：
特别地，给出另一个函数f：
其中，R和分别为大于零的任意参数
然后他给出了这种特殊形式的结构：
本质上，这是一种描述平直、优美的时空被一张由极度扭曲的曲线构成的泡泡包裹起来的度量张量，像这样：
这种曲速泡泡使得飞船（2）后方的时空（1）扩张，前方的时空（3）收缩，结果就是，飞船不断地被时空反复推拉，以一种只受限于时空扭曲强度的速度前进，在这个泡泡中的星际战舰就像被时空夹裹着前进，自身都感觉不到加速。这有点像制造时空特质的传送带，相对于传送带，你是静止的，但是传送带却以超过光速运行。
但是这其中最大的问题是，你通过这种特殊形式的度规，一个4-速度垂直于超曲面的观察者会测量到这个：
这是一个带有负值的能量密度。
熟悉不，看过虫洞科普的童鞋们应该会知道负能量密度。
可惜的，现在并没有办法实现负能量密度的大量化，我们可以通过卡斯米尔效应量子级别的制造负压，但在宏观条件下，你可能需要某种奇异物质。
利用广义相对论的（3+1）模式，时空可以用常数坐标t来表示为类空超曲面的叶片状结构，所以阿库别瑞度规的广义形式为：
上式中，是递减函数，代表的是相邻超曲面之间的固有时间间隔；是位移矢量，将不同超曲面空间坐标系统联系起来；是每个超曲面上都具有的正定度规。
然后他定义了以下两个函数：
特别地，给出另一个函数f：
其中，R和分别为大于零的任意参数
然后他给出了这种特殊形式的结构：
本质上，这是一种描述平直、优美的时空被一张由极度扭曲的曲线构成的泡泡包裹起来的度量张量，像这样：
这种曲速泡泡使得飞船（2）后方的时空（1）扩张，前方的时空（3）收缩，结果就是，飞船不断地被时空反复推拉，以一种只受限于时空扭曲强度的速度前进，在这个泡泡中的星际战舰就像被时空夹裹着前进，自身都感觉不到加速。这有点像制造时空特质的传送带，相对于传送带，你是静止的，但是传送带却以超过光速运行。
但是这其中最大的问题是，你通过这种特殊形式的度规，一个4-速度垂直于超曲面的观察者会测量到这个：
这是一个带有负值的能量密度。
熟悉不，看过虫洞科普的童鞋们应该会知道负能量密度。
可惜的，现在并没有办法实现负能量密度的大量化，我们可以通过卡斯米尔效应量子级别的制造负压，但在宏观条件下，你可能需要某种奇异物质。
曲速引擎的设想还有一些其他的小问题：
1.任何超光速的装置在原则上都可以被用来被制造时间机器，但是斯蒂芬·霍金在1992年的论文中提出的时序保护机构/机制（Chronology protection conjecture）阐释物理定律不允许宏观尺度的时间旅行，由此避免时间悖论。
It seems that there is a ChronologyProtection Agency which prevents the appearance of closed timelike curves andso makes the universe safe for historians.
似乎有一个时序保护机制，防止封闭类时曲线的生成，从历史学家手上保护了宇宙的安全。
引自Chronology protection conjecture
霍金这种设想的更深层理念植根于广义相对论和量子力学的交集部分——万有理论（Theory of everything）禁止了曲速引擎的出现。
一种可能出现的量子灾难就是（曲速场）这种极端的尺度会造成内部结构被霍金辐射严重伤害：
2.另一个问题就是，假设你能制造出负质量物质，要凝练出曲速场，部分的负质量物质需要被扩散到曲速泡的外围，而这就意味着，当你以曲速前进时，这部分粒子就会被甩到后面。
3.还有一个问题是，当谈及曲速引擎时，阿库别瑞说道需要很多的负能量，实际上，这需要的负能量已经超过了可观测宇宙中的正物质&能量的总量，后续的精修计算表明，所需的负质量数值相当于一个木星的重量：
曲速引擎基本上也Game Over了，但是这也是人类智慧的一个结晶，不是吗？
1.任何超光速的装置在原则上都可以被用来被制造时间机器，但是斯蒂芬·霍金在1992年的论文中提出的时序保护机构/机制（Chronology protection conjecture）阐释物理定律不允许宏观尺度的时间旅行，由此避免时间悖论。
It seems that there is a ChronologyProtection Agency which prevents the appearance of closed timelike curves andso makes the universe safe for historians.
似乎有一个时序保护机制，防止封闭类时曲线的生成，从历史学家手上保护了宇宙的安全。
引自Chronology protection conjecture
霍金这种设想的更深层理念植根于广义相对论和量子力学的交集部分——万有理论（Theory of everything）禁止了曲速引擎的出现。
一种可能出现的量子灾难就是（曲速场）这种极端的尺度会造成内部结构被霍金辐射严重伤害：
2.另一个问题就是，假设你能制造出负质量物质，要凝练出曲速场，部分的负质量物质需要被扩散到曲速泡的外围，而这就意味着，当你以曲速前进时，这部分粒子就会被甩到后面。
3.还有一个问题是，当谈及曲速引擎时，阿库别瑞说道需要很多的负能量，实际上，这需要的负能量已经超过了可观测宇宙中的正物质&能量的总量，后续的精修计算表明，所需的负质量数值相当于一个木星的重量：
曲速引擎基本上也Game Over了，但是这也是人类智慧的一个结晶，不是吗？
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
不过，即便人类发展出了未来恒星际超级旅行方式，达到了无限接近光速的水平，宇宙中仍然有太多人类无法触及到的空间、恒星、行星、星系等等。银河系就像被困在水晶球里的小物体一样：
我们看看Kurzgesagt – In a Nutshell（视频地址：https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs）是怎么介绍这个概念的？我就简单摘抄几段：
这是我们的银河系：
里面盘踞着数千亿颗恒星，气云，暗物质、黑洞、中子星、行星，在星系中央有着一个超大质量黑洞，看起来挺稠密的，但是期间大量都是一无所有的空间（量子涨幅后面会说）。
银河系并不孤单，它与仙女星系和五十多个矮星系组成了“本地星团”的一部分——一个直径一千多万光年的区域，而“本地星团”只是“拉尼亚凯亚超星系团”中的一员，有百万个与“拉尼亚凯亚超星系团”相似的超星系团构成了我们的可观测宇宙。
然而，“本地星团”已经是我们能够触及的最远界限
尽管“本地星团”很大，但实际上，它只占可观测宇宙的
zero point zero zero zero zero zero zero zerozero zero zero one percent（大家快来跟我一起念）
不过，即便人类发展出了未来恒星际超级旅行方式，达到了无限接近光速的水平，宇宙中仍然有太多人类无法触及到的空间、恒星、行星、星系等等。银河系就像被困在水晶球里的小物体一样：
我们看看Kurzgesagt – In a Nutshell（视频地址：https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs）是怎么介绍这个概念的？我就简单摘抄几段：
这是我们的银河系：
里面盘踞着数千亿颗恒星，气云，暗物质、黑洞、中子星、行星，在星系中央有着一个超大质量黑洞，看起来挺稠密的，但是期间大量都是一无所有的空间（量子涨幅后面会说）。
银河系并不孤单，它与仙女星系和五十多个矮星系组成了“本地星团”的一部分——一个直径一千多万光年的区域，而“本地星团”只是“拉尼亚凯亚超星系团”中的一员，有百万个与“拉尼亚凯亚超星系团”相似的超星系团构成了我们的可观测宇宙。
然而，“本地星团”已经是我们能够触及的最远界限
尽管“本地星团”很大，但实际上，它只占可观测宇宙的
zero point zero zero zero zero zero zero zerozero zero zero one percent（大家快来跟我一起念）
为什么我们无法触及更远的区域？
这个跟真空的本质有关，在宇宙空间中，并不是一无所有，而是处处存在着量子涨落（Quantum fluctuation）：大量的粒子与反粒子相互吸引，时刻湮灭，时刻出现。
在宇宙大爆炸之后，在瞬间发生的暴涨时期内，所有的这些量子波动也同样的被拉伸了，导致刚开始的亚原子距离变成了现在银河系一般的规模，充满了高浓度和低浓度的区域，在暴涨之后，引力重新将万物捆绑在一起，但只是在小规模范围内，在大规模上，厚密的区域就发展为了“口袋宇宙”，渐渐成长为星系群落，而引力也只在“本地星团”里有作用。
但是为什么我们无法从一个“口袋”里旅行跑到另一个“口袋”中去吗？
因为暗能量让这个事情变得复杂了，大约67亿年以前，宇宙中开始充斥着暗能量，暗能量可以理解为是一种无形的力，导致了宇宙的加速膨胀，我们不知道暗能量是什么，但我们可以清楚的知道它的后果。
在早期宇宙里，本地星团中有大型的“冷点”，后来增大到数千星群的星系，尽管我们被很多事物包围着，但没有一个结构或者星系会被我们所在的“本地星团”引力所吸引。
所以结果就是，宇宙膨胀的越快，不同组群之间的距离就会越来越大，随着时间的推移，暗能量会将我们逐渐从宇宙中孤立起来，使得我们最终变得无法触及到其他星系、星团和群体。
往后，银河系组将会是百万计光年开外了，而且更可怕的是，它们永远都会用难以想象的速度离我们而去，我们可以离开“本地星团”，然后尝试飞过星际空间，但在黑暗中，我们永远不会达到任何地方，在某个可以预见的未来，本地星团外的星系将会是那么远，它们会变得难以观测到，因为只有少量的光子可以达到我们这里，而这些光子的波长会变得无法检测。
一旦这种情况发生，则没有任何从外界的关于本地星团的信息达到我们，宇宙会从视野中消失，会从360度看起来都变得黑暗空旷无比，未来的人类，会觉得宇宙中只有他们自己，他们将不能够看到宇宙背景辐射，他们也可能不知道大爆炸发生过。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
不过，还有一些想说的
250年前，风帆和马力还是当时最快捷的旅行方式
120年前，飞行还只是鸟类独有的天赋
70年前，超音速的无桨型飞行器就是个笑话
40年前，机器型火星车在火星表面上拍照被描述成白日梦
20年前，在彗星上降落无人探测器属于童话范畴
尽管我们曾犯下过无数恐怖的罪行和无耻的行径，但我们还是在不断的进步。在地球上一个陷阱接着一个陷阱突破，月球上岩石海洋中一块接着一块踩过，这期间我们经历了两次残酷的、灾难性的战争，一次擦肩而过却有可能将人类历史结束在绪论章节的“冷战”后，在一个世纪里建立了地球同步轨道的空间站和实验室。
要我说，我们还没完，在座的大多数包括我可能无法经历到人类恒星际旅行时的那抹灿烂，无法体会到接近光速时的恢弘蓝移、时间膨胀、尺缩重增的体验，看到未来充满喧嚣的银河系，下一个爱因斯坦可能还在襁褓之中，打开恒星旅行钥匙之人可能也还未出生，但那又何妨呢？进步本就是积少成多的嘛
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
如果大家跟我一样喜欢恒星的话，不妨看看我的几个回答：
太阳在变成红巨星之前（逐渐变热，外围膨胀到地球轨道），人类有什么办法回避，并生存下来？ - 土豆泥的回答
未来一百年，可能出现哪些改变世界的发明？ - 土豆泥的回答
如果太阳停止发光发热，人类将用何种方式生存最长的时间？ - 土豆泥的回答
为什么星星那么多却照不亮地球？ - 土豆泥的回答
太阳是什么颜色？ - 土豆泥的回答
参考文献：
维基百科型：
Proxima Centauri
Radioisotope thermoelectric generator
Tsiolkovsky rocket equation
Project Orion
Project Daedalus
Inertial confinement fusion
Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
Kugelblitz (astrophysics)
Large Hadron Collider
Hawking radiation
Inflation (cosmology)
Alcubierre drive
Exotic matter
Chronology protection conjecture
Quantum fluctuation
youtube视频型：
https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs
https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM
科研论文型：
http://web.mit.edu/mars/Conference_Archives/MarsWeek04_April/Speaker_Documents/VASIMREngine-TimGlover.pdf
https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0009013v1.pdf
科普文章型：
Spacecraft escaping the Solar System
Space Today Online -- The Pioneer spacecraft still areoutbound
Engine List - Atomic Rockets
Bill Nye's first LightSail probe to launch Wednesday
LightSail | The Planetary Society
Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole
https://www.quora.com/Interstellar-travel-Should-we-just-accept-the-fact-that-were-not-leaving-our-solar-system
个人youtube推荐：
两大科普型频道：
Kurzgesagt – In a Nutshell
PBS Space Time
知乎科普型作者推荐：
@Mandelbrot
科普博客推荐：
Wait But Why
天文学趣味知识：
@刘博洋的微信公众号"天文八卦学"（现在更新较少了，但是内容都不错）
——————————————————————————————————————————————
转帖链接：https://www.zhihu.com/question/40076734/answer/105383621?from=profile_answer_card
作者：@土豆泥
最后编辑时间：2016年6月14日
这个跟真空的本质有关，在宇宙空间中，并不是一无所有，而是处处存在着量子涨落（Quantum fluctuation）：大量的粒子与反粒子相互吸引，时刻湮灭，时刻出现。
在宇宙大爆炸之后，在瞬间发生的暴涨时期内，所有的这些量子波动也同样的被拉伸了，导致刚开始的亚原子距离变成了现在银河系一般的规模，充满了高浓度和低浓度的区域，在暴涨之后，引力重新将万物捆绑在一起，但只是在小规模范围内，在大规模上，厚密的区域就发展为了“口袋宇宙”，渐渐成长为星系群落，而引力也只在“本地星团”里有作用。
但是为什么我们无法从一个“口袋”里旅行跑到另一个“口袋”中去吗？
因为暗能量让这个事情变得复杂了，大约67亿年以前，宇宙中开始充斥着暗能量，暗能量可以理解为是一种无形的力，导致了宇宙的加速膨胀，我们不知道暗能量是什么，但我们可以清楚的知道它的后果。
在早期宇宙里，本地星团中有大型的“冷点”，后来增大到数千星群的星系，尽管我们被很多事物包围着，但没有一个结构或者星系会被我们所在的“本地星团”引力所吸引。
所以结果就是，宇宙膨胀的越快，不同组群之间的距离就会越来越大，随着时间的推移，暗能量会将我们逐渐从宇宙中孤立起来，使得我们最终变得无法触及到其他星系、星团和群体。
往后，银河系组将会是百万计光年开外了，而且更可怕的是，它们永远都会用难以想象的速度离我们而去，我们可以离开“本地星团”，然后尝试飞过星际空间，但在黑暗中，我们永远不会达到任何地方，在某个可以预见的未来，本地星团外的星系将会是那么远，它们会变得难以观测到，因为只有少量的光子可以达到我们这里，而这些光子的波长会变得无法检测。
一旦这种情况发生，则没有任何从外界的关于本地星团的信息达到我们，宇宙会从视野中消失，会从360度看起来都变得黑暗空旷无比，未来的人类，会觉得宇宙中只有他们自己，他们将不能够看到宇宙背景辐射，他们也可能不知道大爆炸发生过。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
不过，还有一些想说的
250年前，风帆和马力还是当时最快捷的旅行方式
120年前，飞行还只是鸟类独有的天赋
70年前，超音速的无桨型飞行器就是个笑话
40年前，机器型火星车在火星表面上拍照被描述成白日梦
20年前，在彗星上降落无人探测器属于童话范畴
尽管我们曾犯下过无数恐怖的罪行和无耻的行径，但我们还是在不断的进步。在地球上一个陷阱接着一个陷阱突破，月球上岩石海洋中一块接着一块踩过，这期间我们经历了两次残酷的、灾难性的战争，一次擦肩而过却有可能将人类历史结束在绪论章节的“冷战”后，在一个世纪里建立了地球同步轨道的空间站和实验室。
要我说，我们还没完，在座的大多数包括我可能无法经历到人类恒星际旅行时的那抹灿烂，无法体会到接近光速时的恢弘蓝移、时间膨胀、尺缩重增的体验，看到未来充满喧嚣的银河系，下一个爱因斯坦可能还在襁褓之中，打开恒星旅行钥匙之人可能也还未出生，但那又何妨呢？进步本就是积少成多的嘛
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如果大家跟我一样喜欢恒星的话，不妨看看我的几个回答：
太阳在变成红巨星之前（逐渐变热，外围膨胀到地球轨道），人类有什么办法回避，并生存下来？ - 土豆泥的回答
未来一百年，可能出现哪些改变世界的发明？ - 土豆泥的回答
如果太阳停止发光发热，人类将用何种方式生存最长的时间？ - 土豆泥的回答
为什么星星那么多却照不亮地球？ - 土豆泥的回答
太阳是什么颜色？ - 土豆泥的回答
参考文献：
维基百科型：
Proxima Centauri
Radioisotope thermoelectric generator
Tsiolkovsky rocket equation
Project Orion
Project Daedalus
Inertial confinement fusion
Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
Kugelblitz (astrophysics)
Large Hadron Collider
Hawking radiation
Inflation (cosmology)
Alcubierre drive
Exotic matter
Chronology protection conjecture
Quantum fluctuation
youtube视频型：
https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs
https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM
科研论文型：
http://web.mit.edu/mars/Conference_Archives/MarsWeek04_April/Speaker_Documents/VASIMREngine-TimGlover.pdf
https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0009013v1.pdf
科普文章型：
Spacecraft escaping the Solar System
Space Today Online -- The Pioneer spacecraft still areoutbound
Engine List - Atomic Rockets
Bill Nye's first LightSail probe to launch Wednesday
LightSail | The Planetary Society
Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole
https://www.quora.com/Interstellar-travel-Should-we-just-accept-the-fact-that-were-not-leaving-our-solar-system
个人youtube推荐：
两大科普型频道：
Kurzgesagt – In a Nutshell
PBS Space Time
知乎科普型作者推荐：
@Mandelbrot
科普博客推荐：
Wait But Why
天文学趣味知识：
@刘博洋的微信公众号"天文八卦学"（现在更新较少了，但是内容都不错）
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转帖链接：https://www.zhihu.com/question/40076734/answer/105383621?from=profile_answer_card
作者：@土豆泥
最后编辑时间：2016年6月14日