从《太空旅客》看未来星际旅行

好莱坞电影《太空旅客》讲述了一个让我们脑洞大开的科幻故事。在未来的某一天，一艘超级先进的高科技宇宙飞船搭载着5000人以一半光速的速度，开启了一场长达120 年的跨世纪旅行。然而，由于意外受到天体的撞击，使得男主角提前从“休眠舱”里醒了过来。但此时，飞船距离目的地还需要飞行90年……

飞船休眠舱

影片中最重要的道具显然非“休眠舱”莫属了，因为所有的情节都是从它出现故障之后展开的。那么，在现实世界中我们人类是否已经拥有了建造“休眠舱”的技术呢？

“休眠舱”这个设备在很多科幻电影中都出现过，大致原理是宇航员进入太空之后，飞船由计算机自主驾驶，然后他们便进入到“休眠舱”中，通过缓慢降低身体的温度实现低温休眠。简而言之，就是把宇航员们冻起来。通过“休眠舱”精确控制温度，让他们的新陈代谢接近于零，同时通过静脉滴注营养液等手段来供给其身体所必需的养分。

由于“休眠舱”是提前设定好的，一旦即将到达目的地就会自动升温，从而把宇航员们唤醒。“休眠舱”最大的好处是人一旦进入其中，就可以在休眠过程中逃离时间而不会变老。也就是说，你进去时是多大的生理年龄，被唤醒之后身体机能仍然保持在那个年龄。

然而，在现实世界中并没有“休眠舱”这种高科技设备，我们也还远远不能实现对人体的休眠以及唤醒。

虽然现在我们的低温保存细胞技术已经取得了比较大的进步。但是，众所周知我们的身体大约75%都是水分。随着温度降低至冰点，细胞内的水在结冰的过程中无疑会损伤细胞核以及细胞的其他机能。所以，目前冷冻以及唤醒人体的技术还面临许许多多的瓶颈障碍。

另外，所谓的“休眠舱”技术在伦理上也存在很大的问题。一旦技术成熟，一名宇航员能在太空旅行中冻上几十年甚至上百年，当他回到地球时其容颜外貌、生理机能等“仍是少年”，让他已经老去的兄弟姐妹或者是儿子女儿又该如何面对呢？

星际通讯技术

当男主角吉姆发现整个飞船仅自己一个人醒来之后，考虑到还要飞行90年才能到达目的地，彼时他可能已经死掉了。于是，他迫不及待地开始联系飞船拥有者“家园集团”的客服。

然而，当吉姆把信息录制好发出去之后，计算机告诉他：“信息将在19 年后抵达地球，最快55 年后收到回复。”那么，为什么吉姆跟地球联系需要这么长的时间呢？

我们就按照影片中的设定，吉姆乘坐的宇宙飞船的速度是光速的一半，他意外醒来时飞船走了30年，也就是大约走了15 光年。那么，吉姆此时发送的信息如果也能达到光速，那么一来一回就需要30年时间。这30年里，飞船仍然在向前飞行，大约还会前进15 光年，光速的信息追上这段距离又需要15年。而这15 年里飞船又向前飞行了7.5 光年……也就是说，收到地球反馈给吉姆的信息至少需要30年+15 年+7.5 年=52.5 年。因此，计算机告诉吉姆最快需要55 年才能收到回复，基本上符合影片中的逻辑。

那么，在现实中我们的宇宙飞船是如何与地球保持联系的呢？

我国大名鼎鼎的“嫦娥四号”由于是在月球背面，所以是通过“鹊桥”中继卫星利用无线电波与地球进行通讯的。无线电波在空气中的传播速度略小于光速，通常我们认为就等于光速。“嫦娥四号”先把信号传到“鹊桥”，然后再由它传到位于佳木斯的测控站，最后再传给北京的指挥中心。由于路途遥远，“嫦娥四号”与北京的通讯延迟最少为12.7秒，来回就是25.4秒左右。

无线电波在长距离传播时趋向于变弱，并且容量有限。而激光是红外线光束，它在太空中传播的距离比无线电波大得多。因此，世界上一些航天大国已经在开展激光通讯的研究和应用。比如美国航空航天局计划在2022 年进行测试的基于激光波束通讯的“灵魂”计划等。

全息投影技术

影片中，男主角吉姆在尝试唤醒飞船上的工作人员失败之后，又尝试重新进入“休眠舱”休眠，但也没有成功。于是，他只能独自一个人在飞船上生活。不过，在飞船上的生活也不是特别乏味，不但能吃到各种各样的料理、看电影、打篮球、游泳，甚至还能与全息影像的街舞对手一决高下。

后来，当他把女主角奥罗拉唤醒之后，奥罗拉也是跟着全息投影街舞高手学了跳舞之后才渐渐变得乐观起来。那么，什么是全息投影技术？我们现在又是否实现了这种神奇的技术呢？

“全息”来自希腊文字“holo”，含义是“完全的信息”。全息投影技术属于3D 技术的一种，是指利用干涉原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。简单地说，就是通过某种方式把一个物体的外观、颜色以及运动轨迹、空间位置等诸多信息都记录下来，那么画面就将呈现出3D 效果，我们就可以得到这个物体的全部信息，而这种方式也就是所谓的全息投影技术。

1947年，英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影技术，他也因此获得了1971年的诺贝尔物理学奖。如今我们常见的全息投影主要依靠烟雾投影、水幕投影、全息膜投影以及空气投影和交互技术等几种方式来实现。

空气投影和交互技术利用的是海市蜃楼原理，是将光线投射在气流形成的墙上形成层次和立体感很强的图像。全息膜投影技术需要在环境比较黑暗的地方才能实现，并且观众还需要在特定的角度，也就是全息膜的前方才能看到立体画面。而烟雾投影、水幕投影在成像效果上还并不理想。不过，这些技术无一例外都要利用到投影介质，或是气体墙，或是烟幕、水幕，甚至是膜。

实事求是地说，目前我们所能够见到的全息投影技术不但不属于真正的全息投影技术，并且与电影中展示的技术存在着很大的差距。因为在影片中，全息投影技术不需要任何介质就能在空气中展示出立体的影像。那么，我们能否实现真正的全息投影技术呢？

理论上来说是可以通过空气中的电离作用制造光的折射，从而实现全息投影，也可以通过激光爆炸效应来制造真实立体的全息影像的。但这两种方式不仅成本过于昂贵，而且在成像效果上也非常不理想。因此，就目前而言，真正的全息投影技术离我们的生活还有很长的一段距离。