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 are outbound）。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：图片来自voyager 1 accelerate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。
记得开wi-fi哦1.传统火箭燃料型（Traditional Rocket Fuel）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？排气速度（exhaust velocity）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：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 ）的核心宗旨就是利用核弹引爆推进：
This fabled technology converts the impulses of small nuclear detonations into thrust.The small shaped-charge bombs each have a mass of 230 kg and a yield of a quarter kiloton . The fissile material is curium 245, with a critical mass of 4 kg, surrounded by a beryllium reflector. The soft X-rays, UV and plasma from the external detonation vaporize and compress the propellant to a gram per liter, highly opaque to the bomb energies at the temperatures attained .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。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。
图片来自Project Daedalus
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％。引自Project DaedalusOption 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：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。
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。图片来自Variable Specific Impulse Magnetoplasma RocketVASIMR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，NASA Johnson Space Center的Advanced Space 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/Confer
ence_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。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：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 energy to usable electricity like traditional solar-powered space vehicles, a fully functional LightSail will coast on the sun's rays, moving its sail to and fro to make sure the solar radiation is constantly propelling it in the direction it wants to go. In other words, it surfs through space without burning fuel.引自Bill Nye's first LightSail probe to launch Wednesday图片来自LightSail | The Planetary Society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！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stellar wind（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）根据视频里的计算一个质量
6times 10^{8} kg
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1.6times 10^{17} W
的辐射功率！相当于全球总能量消耗的10000倍！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：可以大致算出这个黑洞的史瓦西半径为3.4times 10^{-50}m
，小到没有普朗克长度如果你相信霍金辐射（Hawking radiation）的话，会有：截图来自https://www.
youtube.com/watch
v=ZL4yYHdDSWs
其持续时间只有10^{-35}s
！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=1.616199lefttimes 10^{-35}m
那么我们可以算出这个黑洞的质量M大约为：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10^{-20}m
级别的史瓦西黑洞嗫？我们来看看这个黑洞的质量M：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：图片来自Electromagnetic spectrum除了高能伽马射线外，还能辐射出正电子-负电子对（positron-electron pairs）和质子-反质子对（proton-antiproton pairs）。那么黑洞辐射出的功率能有多少呢？大家看看：LHC现在有2808束质子流，每束有1.15times 10^{11}
个质子，一共就是3.2times 10^{14}
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（4times 10^{-105} m^{-3}
）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？~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~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）截图来自
https://
arxiv.org/pdf/gr-qc/000
9013v1.pdf
1994年的时候，阿库别瑞发表了这篇名为《The warp 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）：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：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：特别的，给出另一个函数f：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：图片来自
https://www.
youtube.com/watch
v=94ed4v_T6YM
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：图片来自https://www.
youtube.com/watch
v=94ed4v_T6YM
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。在物理学中，异常物质（英语：exotic matter）指的是与普通物质不同，具有奇异特性的物质的统称。异常物质有以下几种：引自Exotic matter很遗憾，现代物理还木有发现奇异物质。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。
- 假想的具有反常物理性质的例子，例如具有负能量者，它们可能打破已知的物理定律。
- 未确认的假想粒子，如奇异重子，其性质以既有的物理学看来可能并不奇异。
- 极端的物质状态，如玻色-爱因斯坦凝聚，这类物质完全符合已知物理定律。
- 物理学中所知甚少的物质，如暗物质。
It seems that there is a Chronology Protection Agency which prevents the appearance of closed timelike curves and so makes the universe safe fo。
