江晓原，上海交通大学讲席教授，科学史与科学文化研究院首任院长。1982年毕业于南京大学天文系天体物理专业，1988年毕业于中国科学院，中国first个天文学史专业博士。1994年中国科学院破格晋升教授。1999年在上海交通大学创建中国first个科学史系。已在国内外出版著作约百种，发表大量书评、影评及文化评论。学术思想在国内外受到高度评价并引起广泛反响，新华社曾三次为他播发全球通稿。

《科学外史》系国内著名科学史学者江晓原为法国科学杂志《新发现》之中文版所撰写的专栏文章结集。本书为该系列first本，作者从历史上种种趣事入手，揭示科学之前世今生，将科学从人们盲目迷信和崇拜的神坛上请下来，还其应有面目。共分为“昨夜星辰”“千秋寂寞”“性命交关”“四大发明”“兵凶战危”“外星文明”“似真似幻”“科学政治”8个主题。

星际航行：一堂令人沮丧的算术课

一万年太久，只争朝夕

霍金最近心血来潮，就地外文明、外星人等话题发表了意见，引发了媒体对此类话题的很大兴趣。话题之一，就是关于人类进行星际航行的可能性。

与地外文明话题联系在一起的“星际航行”，当然不包括在我们自己太阳系中进行的星际航行——这种航行人类已经能够进行，尽管目前还只能在离地球不太远的地方（比如火星）稍转一转。由于到目前为止从未发现我们太阳系之内有别的文明，所以与地外文明联系在一起的“星际航行”总是指在恒星之间的航行。

要讨论这样的星际航行，我们可以先从非常简单的算术开始思考。

通常人们都愿意从离太阳系最近的一颗恒星——半人马座的比邻星——开始思考，比邻星距离我们太阳系4.3 光年，也就是说，以光速从地球到比邻星要运行4.3 年。

目前人类实际能够达到的最高星际航行速度是多少呢？

从地球上飞出太阳系所需要的“第三宇宙速度”，人类已经能够实际达到，因为我们相信已经有航天器能够飞出太阳系（到底有没有飞出，其实很难确证），这个速度是16.7 公里/ 秒。注意这个速度连光速（300 000 公里/ 秒）的万分之一都不到。当然，按照常理，在此基础上再努力一下，增加一倍左右，达到30 公里/ 秒，应该说还是不太离谱的。

如果我们以30 公里/ 秒（光速的万分之一）的速度飞向比邻星，至少需要43 000 年。

如果我们能够达到3 000 公里/ 秒（光速的百分之一），飞到比邻星至少需要430 年（这里完全忽略了飞船出发后加速、到达前减速之类的过程所需要的附加时间）。但这个速度对人类目前的科技能力来说已经是遥不可及了。

其实在不少问题上，四百三十年和四万三千年是一样的。比如，这都大大超出了人类的正常寿命，也大大超出了机器的工作寿命（至少到现在为止，人类还没有机会实际考察任何现代机器设备能否安然工作四百年，更不用说宇宙飞船这样极度复杂的系统了）。

我个人觉得还有一个更大的问题，那就是，任何在地球上的人们有生之年看不到结果的实验、考察、探险等活动，虽然在理论上可以进行，但实际上人们总会意识到它对自己已经毫无意义，所以很难设想这样的活动会得到实施。

也许正是考虑到了这一点，英国皇家宇航学会在20 世纪70 年代进行的星际航行模拟研究“Daedalus 工程”（希腊神话中Daedalus 造了翅膀逃出迷宫），设想的飞行速度是30 000 公里/ 秒（光速的十分之一），这在此后许多关于星际航行的假想中被视为一个重要“门槛”。之所以考虑采用这个“门槛”，也许和上面提到的心理有关——如果花四十三年飞到比邻星，再等4.3 年让无线电报告传回地球，这样在我们有生之年（半个世纪内）还可以得到探险结果。

上穷碧落下黄泉，两处茫茫皆不见

星际航行是一个美丽的梦想，它既可以在当代科学主义纲领下不顾一切地被追求（现今人类的许多航天活动就是这样），也可以从古代纯粹的人文情怀中得到共鸣——《长恨歌》中那个道士还“排空御气奔如电，升天入地求之遍”呢。所以，尽管人类目前实际能够达到的航行速度只有光速的万分之一量级，但这并不妨碍科学家对星际航行展开丰富、系统而且大胆的想象。

这种想象已经提出了多种方案，大体可以分为两条路径。

一条路径是接受目前只能“慢速航行”的现实，考虑千百万年的长期航行。这样的航行必将面临一系列难以克服的困难。

首先是燃料从何处提供？目前人类都是采用固体、液体或气体燃料来驱动飞船，但是飞船出发时不可能携带43 000 年的燃料，目前也没有任何在中途添加燃料的能力。想象中的核动力也难以维持如此之长的年代。其次是机器设备的工作寿命，迄今为止还没有一架航天器持续工作过五十年，四万三千年谁敢指望？

这还只是考虑无人航天器，如果载人，则宇航员要么“冬眠”，那飞船上的支持系统能工作千万年而不出差错吗？电影《2001 太空漫游》中冬眠宇航员因生命维持系统遭电脑切断而被“谋杀”的命运如何避免？要么在飞船上传宗接代，那这飞船就要被建设成一个小型的地球，这就更没谱了。况且还有近亲繁殖问题。

另一条路径当然是从加快航行速度上来着手，只要速度足够快，就可以消解上一条路径中的大部分困难。这时“Daedalus 工程”中的十分之一光速“门槛”就经常会被用到。已设想的至少有如下几种重要方案：

核聚变发动机。这正是“Daedalus 工程”本身所设想的方案，它用的是氢的同位素氘（D）和氦-3（3He ）聚变，这样可以不需用水来冷却发动机，但是方案所需的数千吨氦-3 ，则只能到木星上去提取。所以这只是史诗般的假想，用来拍科幻电影可以，要实施的话目前人类根本没有这样的能力和财力。

反物质发动机。欲将物质转换成为能量，目前所知最有效者，莫过于物质与“反物质”的相遇湮灭，能够释放出巨大能量。如果想把一吨重的设备，在50 年内送到比邻星，初步的计算表明，需要1.2 公斤反物质。但是目前人类的技术能力，在这方面还差得太远。关于反物质发动机在技术上离我们有多远，只要提到一个事实就够了：反物质不能存放在任何有形容器中（因为任何有形容器都是物质，两者一相遇就要湮灭爆炸），它只能被悬空拘束在一个真空磁场中。在丹•布朗的小说《天使与魔鬼》中，他只敢想象一克的反物质。而事实上，以人类现有的科技能力，哪怕只生产一毫克（一克的千分之一）反物质，就需要耗尽全世界的能源。

光帆飞船。它很容易在公众心目中唤起诗意的联想，但是真要实施的话，技术上的困难是骇人听闻的。飞船的光帆将大到数十平方公里，厚度则只有16 纳米（一毫米的十万分之一多一点）。这样的帆怎样张开？更别说还要操纵它了。还需要在土星和天王星之间的某个位置建造巨大的太阳能—激光转换器，设想中该转换器直径竟达一公里，据说射出的激光束可以远至40光年也不发散……不过，这个宏伟的方案真要实施的话，它的能量消耗将是现今整个地球生产能力的几万倍。

何以解忧，唯有虫洞？

上面这些史诗般的狂想方案中，基本上都没有考虑人。人类向外太空的探险行动，最先派出无人飞船当然可以，但最终总要派人去到彼处才行。而一旦考虑了人的因素，立刻出现两方面的困难。

首先是生理上的问题。在“Daedalus 工程”类型的方案中，要求飞船的巡航速度达到光速的十分之一，即每秒30 000 公里，这必然有一个现今难以想象的加速过程，人体瞬间能够承受多大的加速度？对某种加速度又能够持续承受多长时间？在民航客机起飞和降落时，这么一点点加速度就会使某些乘客不适甚至发病。宇宙飞船如果急剧加速，说不定刚起飞不久宇航员就七窍流血而死了。

其次是心理上的问题。如果奉派飞往比邻星，以光速的十分之一巡航，这对宇航员来说意味着什么？四十三年如一日在船舱里，到了比邻星后，即使能够顺利返回地球，那至少也得八十年以后了——这其实就是终身监禁啊! 世间有几人能够承受？

人类星际航行的真正出路，恐怕只能是目前谁也没见过的虫洞了。

自序

昨夜星辰

为什么孔子诞辰可以推算

天狼星颜色之谜： 中国古籍解除恒星演化理论的困扰

那颗彗星，它是哈雷彗星吗

《周髀算经》里那些惊人的学说

谁告诉了中国人寒暑五带的知识

三件奇物的复制问题

古代历法：科学为伪科学服务吗

望远镜及其在中国的早期谜案和遭遇

千秋寂寞

羊皮书上的一场科学史奇案

泰山北斗《至大论》（上）

泰山北斗《至大论》（下）

星占之王：从《四书》说起

他还是地理学的托勒密

一个改变了世界的历史伟人

 伽利略的两本书：霍金都会搞错

 开普勒：星占学与文学的最后交点

传记中的牛顿：从科学家到炼金术士

爱因斯坦：曾经的超级“民科”

霍金：老生常谈也能作出新贡献

《大设计》：一个科学之神的晚年站队

性命交关

中国一项真正的世界第一

取悦女性还是战胜女性

作为养身之道的房中术

“内丹”之谜：自然奥秘还是人间神话？

四大发明

重新评选中国的“四大发明”

司南：迄今为止只是一个传说

火药及其西传：究竟是谁将骑士阶层炸得粉碎

中韩印刷术发明权争夺战回顾（上）

中韩印刷术发明权争夺战回顾（下）

兵凶战危

钓鱼城：战争史诗中的技术

杀人武器背后的人道底线

为何全球航空母舰只剩了十分之一

萨哈罗夫和福明海军少将的故事

外星文明

费米佯谬：随口一言竟成纲领

 “费米佯谬”之中国解答

UFO谈资指南

星际航行：一堂令人沮丧的算术课

似真似幻

上古长寿之谜：西方和东方的故事

玛丽•雪莱还能当科幻的祖师奶奶吗

克拉克：一个旧传统的绝响

科学家与电影人之同床异梦

“科学技术臣服在好莱坞脚下”

多世界：量子力学送给科幻的一个礼物

科学政治

疯狂的恶棍与天才数学家

日食的意义：从“杀无赦”到《祈晴文》

FBI监控爱因斯坦： 一种科学政治学

全球变暖：幻影中的科学政治学

饮用水加氟：一个温故知新的故事

毒品大麻：一个科学研究的故事