恒星际飞行

Ｂ．Ａ．勃龙施亭　И．Д．诺维科夫

这是第一次恒星际飞行的起飞，这次飞行要越出太阳系的圈子，飞向半人马座的比邻星行星系。飞行速度慢慢地增加着，渐渐由原来的近太阳的轨道变成了双曲线轨迹，经过了两个星期后便离开了太阳系。速度愈来愈增长，终于达到了每秒25万公里(即为光速的5/6)。这时可使发动机停车。宇宙飞船就依靠惯性来飞行。

此时在宇宙航空家前面呈现出一幅完全异于寻常的图画：天空中的星星都像是朝着一个方向(即恒星际飞行的方向)奔跑。它们的色彩也出现了稀奇古怪的变化，有许多颗甚至完全隐没不见。不妨用一架超级强力望远镜对准最近的某一颗恒星看一看吧。看来它似乎不是球形，而是向飞行方向压扁！奇怪的是其它星星也是如此。

接着便到达半人马座的比邻星系，于是进行了最有价值的科学研究，然后作返回地球的飞行。逐渐向太阳系靠近，后来用眼睛就能看到了我们亲爱的地球。

最后旅行人终于到达了地球！他们重新又见到了亲属、朋友和相识者。

——我们有许久没有看到地球啦！——同行的旅伴们感叹地说——有九年多了吧！

——我们没有看到你们可要比你们没有看到我们还要多四年哩——重逢的亲友们说。

但是谁也没有对这些谈话惊异。大家都知道事情本来就是如此。亲爱的读者们，你们知道这个道理吗？

乘着光线向宇宙飞行

有人如果想乘坐“普通的”行星际火箭到半人马座的比邻星，飞到那里就需要十万年。完成恒星际飞行是非常困难的，即使不惜花费几十年功夫来回一趟，那也需要以接近于光的速度来飞行。使飞行器获得这样的高速有没有可能呢？答案是肯定的，乘坐所谓光子火箭便能做到这一点。

在这种火箭中以光子流代替喷气来产生反作用加速度。所谓光子就是光的粒子，这些粒子也具有一定质量，它们由物质各种不同基本粒子转化而成。除了质子和电子外，现代物理学还发现在自然界中很少遇到的其它粒子，如具有质子质量但带正电的正子，以及具有质子质量但带负电的反质子。它们互称为反粒子。当粒子与其反粒子相结合时便形成光子。

创造光子火箭势必引起了许多的技术问题，这些问题都没有得到解决。但我们可以设想，光子发动机已制成，它可使火箭获得接近于光速的速度。那么究竟为什么从多年到半人马座比邻星旅行中回来的宇宙航行者在时间的计算上会跟地球上的居住者相差这许多年呢？相对论给我们揭开了这个现象的原因。

是否可能飞得比光还快呢？

大家都知道，机械的运动总是相对的。例如，坐在舱内旅客不管如何都不会感到轮船的直线等速运动。非但如此，那怕是用任何的机械试验也都不可能发现这种运动。这种作直线等速运动的物体便叫做惯性系统。

但是如果从力学转到电动力学，问题好像就不同了。光线是一种电磁波，由理论和实际都证明了，光线以每秒30万公里的速度在真空中传播。看来，观察者若以30公里/秒的速度迎着光线运动，光线相对于观察者的速度便应该是300，030公里/秒，但如果作反向运动，那么便应该是299，970公里/秒。

可是，那怕是作最精密的试验，也都不能证明这一点。已经查明，光速完全与观察者的直线等速运动无关。不管对那一个来说，光的速度始终等于300，000公里/秒。由此可见，无论是采取测量光速的方法还是用某种其它方法都不能发现物体在空中的直线等速位移。我们只能谈论物体的相对运动。

著名的物理学家阿尔培尔特·爱因斯坦综合了这些研究结果，导出结论认为，作为整体的物质系等速直线运动对于该系内所发生的过程没有任何影响。在任何惯性系统内真空中的光速都为常数，而且也是极限速度。任何物体都不能以超过光速的速度来运动。爱因斯坦根据这些定律建立了特殊相对论，使我们更加深入地了解空间和时间的本性，并发现它们之间的相互关系。

相对论说明了什么

这个理论首先说明了同时性的概念，这个概念看起来似乎十分简单明了，但其实它不像古典物理学所论述的那样，并没有绝对性特征的。

我们可以设想有相对于地球作直线等速运动的火箭。

火箭中间坐着一位宇宙航行家，由于他同时看到火箭尾部和头部发生闪光，所以他认为这两处的闪光是在同一瞬间出现的。另外有一位坐在地球上的观察者，如果他跟疾驰而去的宇宙航行家坐在一起，那么同样也会看到闪光是同时发生。但由于他坐在地球，所以认为尾部闪光要早些，因为火箭正在运动着；而在闪光时尾部离地球上的观察者要比头部近些。如果闪光不在火箭上而在地球上发生，那末宇宙航行家也会得到同样的结果。

不但如此，看来，长度也似乎不是绝对的，它同样也取决于相对运动。比方，根据宇宙航行家的测量，火箭长度等于100米。但是地球上的观察者如果企图同时标记其两端位置，则获得较小的数值，例如99米。要知道，从宇宙航行家来看，这位观察者测定头部位置时要早些，测定尾部位置时要迟些，这一段时间中火箭已移动了1米。而观察者本人则认为是同时测定的，因而就这一点来讲，飞行中的火箭长度要短些。

时间的间隔同样也具有相对性。把地球上和飞行火箭中的钟表进度加以比较，地球上的观察者就会发现，宇宙飞船中的时间要比地球上的时间走得慢些。

如此看来，在高速运动中的物体，其长度在运动方向上将有所缩短。当运动速度接近于光速时，这种缩短程度将跟着飞快地增加。运动系统中的时间间隔同时地跟着减慢。

向着未来旅行

就像前面刚证明过的情况一样，根据相对论定理，以准光速飞行的火箭中时间间隔应当减慢。任何钟表(不管是弹簧的还是石英的)、放射性时间基准件以及人类心脏都向我们证明，在向半人马座比邻星的飞行时间以及返回地球的飞行时间内，火箭中要比地球上少4年。

相对论最有价值的结果就是这样。而是这不仅是纯理论的推导。对于这个乍看起来像是不可思议的情况已获得实际的验证。

大家都知道介子的裂变发现。介子是质量比电子大300倍的基本粒子。由观察证明，在宇宙射线中形成的并具有高速的介子，其存在的时间正如相对论所推断那样地增加。

为什么在我们的生活中没有感觉到时间的减慢呢？这是因为在低速(与光速比较)时，时间之差额是极其微小的。即使平均速度达到15公里/秒的飞行火箭，虽在一年的时间内完成太阳系的飞行，但其钟表时间与地球上的时间相差总共只不过0.015秒。如果速度增大到299，900公里/秒，那么在地球上渡过38个岁月时，而在火箭上才只过去一年。宇宙航行家认为只不过渡过不太久的旅行生活，可是地球上自己的孩子已成长为中年人，甚至孙子也已成长。而他们自己才只不过增加了一岁。当然，运动速度愈接近光速，要达到这样的速度也愈困难。不过在原则上这种速度是可以达到的。这就是说，向未来的旅行是可能的。(未完)