思源

人類一直不停地更新著對世界的認識。在古代，人們曾認為自己是世界的中心，而太陽圍繞著地球旋轉(zhuǎn)。后來，人們漸漸發(fā)現(xiàn)了，地球不過是太陽系中的一顆行星，再后來，人類又逐漸有了銀河系的概念。現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了，人類在宇宙中渺小如星塵，從地球、太陽系到銀河系，一層套著一層，并最終屬于本超星系團，它和其他眾多的超星系團一起組成了宇宙。

巨大的本超星系團

銀河系雖然巨大，但也只是宇宙中的眾多星系之一。銀河系隸屬于一個由大約50個星系組成的星系群，仙女星系、銀河系和三角座星系是其中最龐大的三個成員，這個星系的大集合就叫做本星系群。在本星系群中，只有仙女星系和銀河系的體積相當，其他的星系體積都要小得多。距離銀河系最近的兩個鄰居分別是大麥哲倫星云和小麥哲倫星云，它們的大小只有銀河系的十幾分之一。對比太陽系1光年的直徑，銀河系的直徑在10萬～20萬光年之間，本星系群覆蓋著一塊直徑大約1000萬光年的區(qū)域。

本星系群也并不特殊，它只是眾多星系聚合體中的一個，附近還有一個更大的星系團——室女星系團，這個星系團囊括了數(shù)千個星系。實際上室女星系團與我們所在的本星系群同處于一個更大的集團之內(nèi)，這個集團被稱作本超星系團（或稱室女座超星系團）。

本超星系團由本星系群、室女星系團、大熊星系團以及其他50來個較小的星系團和星系群構(gòu)成，它們共同構(gòu)成了一個巨大的扁平狀天體系統(tǒng)，整個本超星系團的直徑約在1億～2億光年之間，但這比起許多其他超星系團來，并不算很大。

如果我們將宇宙比作是一個游泳池，那么本超星系團只有一個蘋果那么大，本星系團就像一粒豌豆那么大，而銀河系大概還比不上芝麻那么大。

根據(jù)愛因斯坦相對論，有靜止質(zhì)量的物體的速度不能超過光速（30萬千米/秒），所以宇宙飛船頂多實現(xiàn)亞光速航行（飛船速度極其接近光速，但達不到光速），在這種情況下，飛船要飛行1億～2億年才能離開本超星系團。2億年相對于地球來說，是相當長的一段時間，但相對于整個宇宙的年齡來說，還不算太久。

航天器能走到哪？

當我們在地球上發(fā)射一架航天器的時候，發(fā)射速度十分重要，因為它決定了航天器能夠到達的位置。

曲率引擎可以使時空扭曲來推動飛船的前進。

歷史上，速度最快的航天器是1974年美國和德國聯(lián)合發(fā)射的太陽神1號探測器（用以研究太陽活動），它的速度曾達到了96.2千米/秒。不過，2018年，美國宇航局發(fā)射了帕克號太陽探測器，它的最大速度達到了195千米/秒。但是這樣的比較不公平，因為向地球軌道以內(nèi)發(fā)射的航天器可以借助太陽的引力獲得加速，而航天器向地球軌道以外發(fā)射需要克服太陽引力的拖曳。

在人類向外發(fā)射的航天器中，2016年，朱諾號木星探測器進入木星軌道時，它相對地球的最高速度曾達到75千米/秒，當然它所獲得的最高速度也有木星引力的功勞。如果只考慮從地球發(fā)射時的速度，最快的航天器是新視野號。2006年，新視野號的發(fā)射速度為16.26千米/秒，與第三宇宙速度非常接近，不過，它現(xiàn)在的速度降到了14.25千米/秒。

另外，目前只有4個探測器飛出了以柯伊伯帶為準的狹義太陽系。其中最遠最快的是旅行者1號，它于1977年9月5日離開地球，在飛離太陽系的途中，借助了木星和土星的幫助，目前對太陽的速度為16.77千米/秒。它現(xiàn)在距太陽112天文單位（地日距離），約0.001771光年。其他3個探測器分別是旅行者2號、先驅(qū)者10號和先驅(qū)者11號，它們雖然也飛出了狹義太陽系，但無論是在速度上還是距離上都比不過旅行者1號。

通過對比上面的數(shù)字，我們可以看出，現(xiàn)在航天器的飛行速度連第四宇宙速度（第四宇宙速度是指在地球上發(fā)射的物體擺脫銀河系的引力束縛，飛出銀河系所需最小初始速度，大約為110～120千米/秒）都很難達到，更別說亞光速了。而且最遠的旅行者1號走了幾十年，其實還是在“家門口”。不過，從1957年人類發(fā)射第一個航天器以來（最早發(fā)射的航天器是前蘇聯(lián)的人造衛(wèi)星），實際上，航天器才發(fā)展了不到100年，誰也說不準，接下來，科技是否會有巨大的進步。

我們還有多長時間？

人類科技的發(fā)展速度是一件說不準的事，按現(xiàn)在的情況看，似乎走出本超星系團遙遙無期，人類能堅持多久呢？我們能不能等到那個時候？而且整個宇宙的生命也是有限的，等到我們走出本超星系團，宇宙還存在嗎？

在正常情況下，約45.5億歲的地球應該可以再堅持50億年。這個數(shù)字是由太陽的壽命決定的，太陽到50億年后將膨脹成紅巨星，那時地球?qū)⒈惶柾淌?。不過，地球環(huán)境正在逐漸惡化，資源也在逐漸減少，因此天文學家一直在積極尋找可以替代地球的宜居行星。從火星到位于4.24光年之外的比鄰星B，再到距地球1100光年的開普勒-442b，或許我們?nèi)钥梢栽诒境窍祱F中輾轉(zhuǎn)生存。

設(shè)想中的反物質(zhì)火箭結(jié)構(gòu)圖

其次，空間一直在加速膨脹，這是由暗能量——一種克服萬有引力、產(chǎn)生斥力的神秘力量造成的。如果空間加速膨脹的情況持續(xù)下去，到了某個臨界點，萬有引力將不足以抗衡暗能量的斥力，行星會逐漸遠離恒星。再繼續(xù)下去，構(gòu)成物質(zhì)的電磁力也將無法抗衡暗能量，物質(zhì)被細碎化，宇宙重新變成只有基本粒子的世界，這就是“大撕裂”。

有計算表明，大撕裂如果發(fā)生，它將發(fā)生在900億年以后，但是加速膨脹對超星系團尺度產(chǎn)生影響的時間會更短。有人做了這方面的計算，最樂觀的估算是約370億年左右，大撕裂就會影響到本星系群。而在最悲觀的情況下，這個數(shù)字約為60億年。也就是說，我們至少要在這段時間內(nèi)掌握飛出本超星系團的技術(shù)。

亞光速夠用嗎？

上文中，我們提到了宇宙的加速膨脹，證明本超星系團的邊界其實一直在擴張當中，所以我們可能要重新回到速度上來。

本超星系團的最大直徑（2億光年），用2億光年乘以哈勃常數(shù)，我們可以計算出本超星系團邊界的彌散速度，約為4159千米/秒左右。通過這個數(shù)字推演，我們可以知道：在幾百億年內(nèi)，本超星系團邊界彌散的速度不會超過光速（目前距離我們140億光年外的星系可能正在以超光速遠離地球）。因此，亞光速航行肯定是夠用了。

1千克物質(zhì)從靜止加速到光速的99.9999%（亞光速），需要的能量大概是714千克物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化成能量這么多（根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得出），這些能量足夠全世界用電約100天。

如果人類要逃離本超星系團，一個能裝載部分人類和生命維護系統(tǒng)的飛船的重量至少是空間站的百倍。目前中國空間站的重量在10萬千克左右，而國際空間站的重量是42萬千克左右。無論怎樣，我們使用的飛船最低質(zhì)量也要在1000萬千克（1萬噸）左右，需要的能量實在是太大了。

現(xiàn)在航天器加速的動力還是來自于化學燃料燃燒，它能變換成能量的質(zhì)量不過是燃料總質(zhì)量的十億分之一左右?？茖W家已經(jīng)開始積極研究核聚變火箭了，美國核聚變火箭引擎研究小組預計2028年進行核聚變引擎的首次試飛。不過，理論上，核聚變反應的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率僅為0.7%。

另外一種提供動力的方法是反物質(zhì)火箭。當粒子和反粒子相互接觸時，兩者瞬間湮滅，全部質(zhì)量都將100%轉(zhuǎn)化為能量，利用這種反應釋放出的能量作為火箭推進劑的就是反物質(zhì)火箭。但這方面的技術(shù)發(fā)展也不盡如人意，在地球上，科學家們需要通過粒子加速器來生產(chǎn)反物質(zhì)。以現(xiàn)在的技術(shù)，每生產(chǎn)10毫克（1毫克等于0.000001千克）正電子將耗資2.5億美元，而且它們只能存放在電磁場中保存。在這樣的情況下，我們可能得不償失。

最后一種提供動力的方式是曲率引擎。曲率引擎可以使時空扭曲，它通過壓縮宇宙飛船前面的時空，令飛船后方的空間膨脹，以空間的變形來推動飛船的前進。因為扭曲了時空，航天器利用時空本身在移動，所以它的一個好處是不受相對論的限制，飛船的速度可以超過光速，更快地到達目的地。如果使用曲率引擎加速飛船到10倍光速，我們到火星只需要75秒;航天器飛過奧爾特云（廣義太陽系），只需要約72天的時間;離開本超星系群的時間也會縮短10倍。但曲率引擎更像是科幻小說中無法實現(xiàn)的想法，因為為了使空間彎曲，至少需要將和木星一樣重的質(zhì)量（1.9×1027千克）轉(zhuǎn)化為能量。

人類到底能不能離開本超星系團？如果一定要給出一個結(jié)論，那就是理論上是可行的，留給我們尋求方法的時間還充足;但技術(shù)上是不可行的，除非科技水平出現(xiàn)爆發(fā)性的進步。