关于在有生之年到达并开发 Kepler-452b 行星的商业计划书

 # 关于在有生之年到达并开发 Kepler-452b 行星的商业计划书  昨天晚上的微信朋友圈，相信很多人都和我一样都被 NASA 和开普勒 - 452b 刷了屏，然后果壳网又站出来给出了一个 “不过如此，并没有用” 的结论，在看大家发朋友圈的过程中，我一方面为身边有这么多人在奔波于生计之余依然关心我们整个人类前景而感到喜悦，另外一方面对众多朋友表现出来的对于科学尤其是物理学方面的知识欠缺感到担心。我看很多朋友说到达开普勒 - 452b 需要 5 亿年，我只能说，如果大家都这么想，那么我们人类的科学和教育水平就真的堪忧，我们可能 5 亿年后也未必能够到达，甚至 5 亿年后我们未必会选择出发。 今天之所以要用这样一个耸人听闻的题目，并不只是为了吸引眼球，而是在我心中我认为这件事情是可以做得到的，而且是在你我有生之年就可以实现的事情。开发 Kepler-452b 行星，这件事情并不是痴人说梦，而其中需要用到的技术，其实并不神秘，而且有很多关键技术我们已经取得了或者即将取得突破性的进展 (这里的我们指的是整个人类群体)。 用一句话来简单叙说我的计划那就是，根据狭义相对论，1400 光年的距离，如果我们驾驶飞船以略低于光速的速度抵达，虽然从留在地球上的人的角度看，我经过的时间要超过 1400 年，但是从我自己的角度来说，我经过的时间是远远少于 1400 年的，可能只需要 14 年，甚至是 1.4 年。做到这一点，不需要违背现有的物理学规律，甚至，基本上不需要物理科学理论上大的突破，不需要弦轮膜理论 11 维度空间等玄之又玄的东西，只需要把现有物理科学工程化就可以做到，也就是说，这件事情可以作为一个公司的商业计划。 ## 市场现状和用户需求  迄今为止，所有的人类都出生和死亡在这个半径为 6371 km 的行星上。 现在，在这个被我们称作地球的行星上，生活着大约 10 亿只绵羊，10 亿只猪，10 多亿只牛，超过 250 亿只鸡，以及 70 亿人类。地球上没有任何可以和人类抗衡的生物，几千年来，人类砍伐森林、抽干沼泽、水漫平原、再铺上总长数万公里的铁路，并且兴建城市。整个地球被塑造成越来越适合人类需求的样子，但其他物种的栖息遭到破坏，大量物种迅速灭绝，地球曾经是一篇蓝天绿地，但现在已经成了混凝土和塑料包围的商场。全球暖化、海平面上升、污染猖獗，使得地球对于人类自己也越来越不适宜居住，人类试图用自己的力量来对抗自然，然而引发了越来越多的无法预期的副作用。 从现在的趋势来看，人类有机文明面临选择。由于攀登物理学科技树需要耗费的金钱越来越多，建造一个大型粒子对撞机需要的预算动辄十亿美元，所以很多人尝试攀登其他的科技树，比如生物工程、仿生工程、无机生命技术。其中发展最快的技术要数无机生命技术中的一个分支，这个分支就是计算机科学，计算机科学在我们人类的日常生活中以互联网、移动互联网和互联网 + 的概念出现。 现在，计算机科学方面的一个科技节点已经解锁，这个科技被称为虚拟现实技术，这个领域涌现出很多代表性公司，比如美国的 Oculus VR 等，中国的暴风等公司也在进行相应技术的研发，我担心，这个技术引发的最坏的后果就是人类整体生活在计算机构建的虚拟世界中，而地球则改为无机生命统治的世界。从某些意义上来讲，这和玛雅人把宗教、整容术和迷幻剂三个科技发展到顶峰的愚蠢行为并没有什么不同。但是，我们的世界正在很糟糕的向这个结果滑去，并且没有什么力量试图阻止这样的结果。 我们中的一部分人想要离开地球，向外太空迁移，但是不知道为什么，我们并没有走的太远，有些东西制约了我们迈向太空的脚步，现在的人类最远只到达过 384400 km (1.281 光秒) 外的月球上，而且只有 1969 年至 1972 年间的 12 人而已，从此再无人类登上任何地外星体。目前距离地球最远的人造物体，旅行者一号，经过近 38 年的航行终于来到太阳系边缘附近，距地球约 0.002 光年。现在速度最快的人造宏观物体还是旅行者一号，速度大约为 62136 km/h (0.0057% 光速)，以这样的速度，到达距离太阳最近的恒星（比邻星，距离 4.24 光年）需要超过 70000 年，到达银河系中心需要近 5 亿年，到离银河系最近的仙女座星系需要 450 亿年。 更为致命的是，我们现在用于太空探索的人才和金钱并没有变多，而是变得更少。从一篇名为《为什么要探索宇宙》的文章中看到，美国总统的年度预算共有 2000 亿美元，这些钱将用于医疗、教育、福利、城市建设、高速公路、交通运输、海外援助、国防、环保、科技、农业以及其他多项国内外的工程。预算中的 1.6% 将用于探索宇宙，这些花销将用于阿波罗以计划、其他一些涵盖了天体物理学、深空天文学、空间生物学、行星探测工程、地球资源工程的小项目以及空间工程技术。为担负这些太空项目的支出，平均每个年收入 10,000 美元的美国纳税人需要支付约 30 美元给太空，剩下的 9,970 美元则可用于一般生活开支、休闲娱乐、储蓄、别的税项等花销。 我们探索宇宙的脚步正在变得越来越慢，值得庆幸的是，我们每个人类个体都依然会在某些时候仰望星空，仰望星空，人的肉眼理论上可以看到几千颗恒星，但不幸的是我们能够看到的恒星随着雾霾的增加而越来越少，作为整个人类群体，几十年以来，我们没有太大的作为。今天，各种迷信、反智、反科学仍然四处横行；科普得不到重视，没有被当做一个独立学科进行研究；教育几乎人见人欺，经费往往谁都能挖走一块；NASA 已经做得够好了，但经费占政府总支出的比例已连续二十年下降，现在只有登月那几年的八分之一左右；人类的整体社会经济组织形式和政治结构似乎更有利于低效的内耗而非科技发展，人类把大把大把的精力和金钱投资在如何更好的享受生活以及如何获取更多的金钱上，这点尤其以华尔街的投资银行为甚。但是，近年来泛滥的金融衍生品并不能给人类带来任何福音，我觉得，当初如果本拉登没有选择把世贸中心的那些金融家干掉，而是选择干掉人类最精英的物理学家，那么说不定他毁灭人类的理想已经实现了。 失去了这些物理学家，我们的科技水平会倒退很多，我们不再会去想探索宇宙，失去了那些想要探索宇宙的人们，我们终将会被圈养在这个地球上，并且死在这里。  ## 目标 北京时间 7 月 23 日晚间消息，美国宇航局发布消息称，天文学家们发现了迄今「最接近另一个地球」的系外行星——一颗围绕恒星 Kepler 452 运行的行星，并且其距离适中，因而允许其地表存在液态水。加州 “搜寻地外智慧生命” (SETI) 研究所的天文学家道格拉斯 · 卡德维尔 (Douglas Caldwell) 表示： > 这是我们发现的第一颗围绕一个与太阳相似的恒星运行，且位于宜居带内的类地行星。 这颗系外行星编号 Kepler 452b，其直径约为地球的 1.6 倍，与恒星之间的距离与日 - 地距离相近。恒星 Kepler 452 距离地球大约 430 秒差距 (约合 1400 光年)，位于天鹅座。其本身亮度稍高于太阳，而相比之下，美国宇航局在去年以及今年 1 月份公布的另外几颗当时宣称与地球最为相似的系外行星则都是围绕质量更小，温度更低也更加黯淡的红矮星运行。因此，围绕恒星 Kepler 452 运行的这颗行星显然相比前者更加接近 “另一个地球”。 我个人看完这个新闻之后，我觉得有一些重点数据是要简单加以说明的。 Kepler 452b 距离地球 1400 光年。处于宜居带，也就是说其表面可以有液态水形成。宜居带的概念可以参考下面这幅图。  Kepler 452b 的恒星是 Kepler -452，比太阳大 10%，亮 20%，而且年龄更老一些。它到这颗恒星的距离，只比地球与太阳之间的距离大 5%。Kepler 452b 所接受到的来自恒星的能量也与地球很相似，Kepler -452 和太阳一样都是一颗 G 型恒星，发出黄色光，由于恒星的颜色和光度本质上代表了恒星的温度以及年龄，因此，Kepler 452b 是我们找到的第一颗位于 G 型恒星宜居带的类地行星。关于 G 型恒星以及主星序的概念可以进一步参考下面几幅图：    用最简单的话来描述，就是 Kepler 452 和太阳是一颗几乎一样的恒星，Kepler 452b 是一颗和地球几乎一样的行星，Kepler 452b 到 Kepler 452 的距离和地球到太阳的距离也几乎一样。况且，Kepler 452b 已经在宜居带待了 60 亿年， 甚至比地球还久，这意味着如果大气等条件也具备的话，它有足够的时间孕育生命。 今天早晨，我看到周鸿祎在微博上说了一段话，非常值得玩味： > 穷整个地球之财力，聚所有人类之精英，花三十年制造发射一艘曲率飞船，装上各种基因分子，朝着那颗地球出发，十万年后到底目的地，所有的基因倒入大海，开始新一轮的进化。十亿年后，人类再次出现，几千年后，互联网再次被发明，有一天 nasa 发表声明在 1400 光年之外的银河系发现一颗围绕太阳旋转的行星，可能适合人类居住，当天晚上无数人发微信微博朋友圈表示感慨，没有人记得这是几十亿年前的故乡家园，只有每个生物体内的基因时不时引导每个生物仰望星空，看着陌生而清冷的星光触动基因记忆深处的回忆。 ## 关于恒星际旅行的可行性报告  关键点一：光速是绝对的，而时空是相对的 亲爱的朋友们，假如你身边有一个物理学家朋友，你问他如何制造时光机器回到过去，他一定会皱起眉头，说不定还会向你说起外祖父悖论，是的，物理学禁止任何静质量不为零的物体超越光速，因而，没有任何技术能够让你回到过去你杀害你的外祖父，但是，如果你只是想要更快的到达未来，用更加准确的话来说，让你的时间比别人更慢(时间膨胀)，那么在物理学家眼里，这根本不是一个问题，对他们来说，更快的到达未来，实在是太简单了，有多种多样的方法提供给你。 相信很多人都看过诺兰导演的电影《星际穿越》，Cooper 带领团队去了一趟位于黑洞卡冈图雅附近的巨浪星(黑洞本身不可见，图中明亮的部分是黑洞的吸积盘)，Cooper 他们本来只打算在巨浪星上花费 20 分钟，结果却耽误了 3 个多小时，等他们回到空间站，空间站上的黑人宇航员已经孤独读过了 23 年之久。   也就是说，Cooper 从空间站出发到巨浪星，他们经过了三个小时的时间，黑人宇航员叔叔呆在空间站度过了 23 年的时间，然后他们又见面了。  很多人把这部电影当成毫无科学依据的大片去看，殊不知这部影片背后有一位非常伟大的物理学家基普. S. 索恩，索恩是加州理工大学费曼物理学教授，《黑洞与时间弯曲》的作者，为了这部电影还专门写了一本科学著作《The Science of Interstellar》，按照索恩书中的一些提示，我们大概解读一下为什么 1 小时等于 7 年。 根据广义相对论，黑洞周围时间膨胀的公式为：  上面公司只计算了广义相对论的效应，也就是引力对时间的改变。考虑空间站相对于巨浪星的运动，公式变为下面的公式：  也就是说，巨浪星附近因为黑洞引起的巨大引力，以及巨浪星自身超快的运动速度，都导致了时间的膨胀效应，而且膨胀的倍数可以分别可以通过公式计算出来。所以，基普给出的解答是，巨浪星是在黑洞卡冈图雅的 1.5 倍是瓦西半径处，这个时候依然可以有稳定的轨道，而且依然在洛希极限之外，不会被黑洞的潮汐力撕碎。 如果我们想要抵达 1400 光年外的 Kepler 452b，在不考虑虫洞这种理论上存在但是谁也没有见过的东西的情况下，我们依然可以不需要花费 1400 年之久，其原因和上面所说的原因是一样的。我们可能无法借助和操纵引力让时间膨胀，但是我们可以通过获得理论上来说可以获得的速度来让时间变慢。  人们常说，生命在于运动，即使是在物理学上这句话也是对的，对于一个跑步的人和一个在路边休息的人来说，跑步的人的时间流逝的更慢一点。如果你开车在高速公路上以 150 公里的速度行驶，那么你经历的时间流膨胀和空间收缩大约是一百万亿分之一，是的，这个太小了，你明显感觉不出来。我相信很多富二代飙车都是为了想要感觉时间流的膨胀，他们想要比别人活的更长一点，但是很不幸，持有这种想法的人通常导致他自己比别人活的短。 但是我们如果能够把速度加速到光速的 87%，那么时间膨胀效应和空间收缩效应就明显的是可以感觉到的了，这个时候的时间流比静止的时间流大概慢两倍左右。1400 年的时间在我们这里只需要 700 年就可以读过。随着我们进一步的获得速度，那么时间流膨胀效果会越来越明显，因此，我们到达 Kepler 452b 的条件并不是像很多朋友想的那样到达了光速还需要花费 1400 年，我们只需要接近光速，比如 99.99% 的光速，然后我们就可以以我们能够接受的时间, 也就是 20 年抵达 Kepler 452b；如果我们达到 99.9999% 的光速，我们可以用两年到达；如果我们达到 99.999999% 的光速，我们可以用两个月到达；当然，物质加速越是接近光速，需要的能量越多，而且会有更多的能量用来增加物质的静质量而不是速度上，但是这毕竟是一条路，这毕竟是把这辈子不可能到变成了这辈子可能能到，而且并不违背科学定律。 大家可以自己代入洛伦兹变换的公式来自行计算：  关键点二：加速回归定律 从我们整个人类文明的历史来看，人类整体创造技术的节奏正在加速，技术的力量正在以指数级别的速度在增长。如果我们去看科幻小说或者科幻电影，我们会发现我们现在正在使用的科技很多比当时人类想象的科技还要先进，这点尤其表现在计算机技术方面。  在 2050 年前后，人类的科技将到达巅峰，接近奇点，这在我们每个人有生之年都是可以看到的事情，其中有几项已经诞生并在快速完善的科技对于我们到达 Kepler 452b 会起到决定性作用。注意，我这里并不需要像小说《三体》中所写的那样制造时空曲率发动机，制造时空曲率发动机需要理论物理领域重大突破，而我下面所写的技术只是需要很多钱。 第一是冬眠技术，冬眠技术和我们的动力技术之间是互为补充的关系，我们能够达到的速度越高，我们对于冬眠技术的要求越低；如果我们不能达到更高的速度，我们就必须要求更高的冬眠技术。有两个方向，分别是传统冬眠技术和冷冻技术，传统冬眠是类似熊一样的冬眠，体温保持在 10 摄氏度左右，人体新陈代谢减缓，已有技术能促使人的冬眠。冷冻技术就是急速冷冻人体，已经在动物身上有了成功的尝试，不过技术上仍有难度。难点主要在冷冻与解冻过程中细胞和组织器官的破坏，但是原理上已经是行得通。现在已有商业公司提供冷冻服务，但他们目前暂不能提供解冻服务。但是其实这点来说问题不大，我们可以先冻起来，然后把冷冻的人扔在飞船上，然后等科技进一步发达之后再行从地球获得解冻技术。这一思路的核心在于我们人类已经掌握了恒星际生存的大杀器—安塞波技术(注意，是已经掌握)。 第二是纳米技术，纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在 1 纳米至 100 纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。1981 年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以 0.1 到 100 纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。我们需要纳米技术制造更轻的飞船材料以及能够代替人类工作的机器人。  第三是常温核聚变发动机以及反物质发动机。常温核聚变技术目前已经有很多商业公司在进行研究，YC 甚至投资了一家初创期的常温核聚变技术公司，相信很快可以投入到商业使用，但是常温核聚变发动机不足以将飞船加速到接近光速，因此核心技术依然是反物质发动机。 1928 年英国物理学家狄拉克首先从理论上提出了存在反物质的假说，认为存在和构成普通物质的基本粒子质量相等但电荷相反的基本粒子，并有由这样的基本粒子构成的反物质。仅仅 4 年后，这个假说就得到验证，加州理工的安德森发现了正电子，即电荷为正的电子的存在，反物质和物质如果相遇，将会湮灭，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式 E=mc2 释放出巨大的能量，就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃料。 我们可以比较一下每公斤星际飞船发动机燃料的效果，很理想的化学反应可以产生 1×107 焦耳的能量，核裂变产生 8×1013 焦耳，核聚变产生 3×1014 焦耳，而反物质的湮灭能产生 9×1016 焦耳，是氢氧化学反应的 1 百亿倍，太阳核心热核反应的 300 倍。这种飞船的比冲量将是最高的，而推重比也是最高的，一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量足以让一艘飞船巡弋数百光年。此外，反物质发动机的一个好处是反物质的湮灭可以自发产生，不需要象核发动机中的核反应那样需要许多条件，所以就不需要很大的反应堆，可以减轻飞船重量。不过，若想把理想变为现实，还有许多困难要克服。首先是制造它太消耗能量了，因为我们目前还没有其他制造反物质的办法，所以只能把湮灭过程反过来，使用粒子加速器，根据爱因斯坦的质能转换公式从能量中制造出反物质(以基本粒子的形态产生)。由于这个原因，现在全球每年才能制造出 1 百亿分之一克的反物质，这点反物质还不够加热一杯咖啡。虽然如此，制造更多的反物质，毕竟是一个量变的问题，不是质变的问题。因此，这个问题主要是一个钱的问题。 ## 我们手握的核心技术 — 安塞波 (Ansible)  我第一次听说安塞波技术是在《安德的游戏》这一篇小说中，当时人类的英雄安德通过安塞波超距通讯指挥数千光年外的人族远征舰队，分分钟把虫族老家给灭了，如果把当时小说中写到的几种技术中和现在人类掌握的技术进行比较，我们现在的计算机技术已经远胜，飞船动力技术稍有不足，但是最让我感到神奇的安塞波技术，全书整个情节布局围绕的整个人类赖以打败虫族的安塞波技术，我们现在的人类全掌握了。最让我感到不可思议的是，这个技术经常被商业人士评价为：并没有什么用，在中国国内则沦为股民超过概念的工具，OMG！ 安塞波技术的核心就是实时量子超距通讯，即使相隔几千光年，我们依然可以实时通讯。这点在地球上看来确实没什么用，在周长仅为四万公里的地球上，电磁波通信技术已经完全够用了，但是如果我们飞到了 Kepler-452b，我们如果依然用电磁波通信的话，信息的每次来回都需要 2800 年。安塞波技术看来是如此的不可思议，毕竟，相对论禁止超距作用，毕竟，没有任何东西可以跑得比光还要快，但是，神奇的量子力学让这一切变成可能，而我们人类早就实现了安塞波技术这一点，尤其让我感觉到神奇。  在刘慈欣的小说《三体》中有一个重要的角色是三体人制造的智子，智子随时可以微观展开成一张包围地球的大网，也可以变成一个不大不小的球体和人类沟通，后来，智子一直以一个日本女人的形象出现。在三体文明另外一边，还有一个对应的智子，三体星(三体飞船) 上的智子和地球这边的智子构成了一个量子纠缠态，这样，如果地球这边的智子看到或者感知到什么，那边的智子也会看到相同的东西，这样，瞬间的量子通信就完成了。 当然本文短短的篇幅，我们无法解释量子通讯的众多根本原理，只是简单的加以说明。首先要说的第一个概念是量子纠缠。量子纠缠可以用 “薛定谔的猫” 来帮助理解：当把一只猫放到一个放有毒物的盒子中，然后将盒子盖上，过了一会问这个猫现在是死了，还是活着呢？量子物理学的答案是：它既是死的也是活的。有人会说，打开盒子看一下不就知道了，是的，打开盒子猫是死是活确实就会知道，但是按量子物理的解释：这种死或者活着的状态是人为观察的结果，也就是人的宏观干扰使得猫变成了死的或者活的了，并不是盒子盖着时的真实状态，同样，微观粒子在不被 “干扰” 之前就一直处于 “死” 和“活”两种概率状态的叠加，也可以说是它既是 “0” 也是“1”。由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑，几十年来，物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。 1982 年，法国物理学家艾伦 · 爱斯派克特（Alain Aspect）和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”（quantum entanglement）的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。 从笛卡儿、伽利略、牛顿以来，西方科学界主流思想认为，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制（即是局域化的）。 量子纠缠证实了爱因斯坦的幽灵——超距作用（spooky action in a distance）的存在，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的（nonlocal），宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。 在量子纠缠理论的基础上，1993 年，美国科学家 C.H.Bennett 提出了量子通信（Quantum Teleportation）的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信概念的提出，使爱因斯坦的“幽灵（Spooky）” ——量子纠缠效益开始真正发挥其真正的威力。1993 年，在贝内特提出量子通信概念以后，6 位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案，即将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处，这就是量子通信最初的基本方案。在贝内特的方案中，由于有经典通信的部分，因此，这种实现方法的量子通信依然有时间上的延迟，然而，随着技术本身的进步，我们离彻底掌握超距通信技术的那一天并不遥远。 ## 商业计划 我们可以确定未来的技术进步，但是我们无法确定那一项技术会率先取得突破，在我们需要的关键技术中，动力技术，也就是常温核聚变技术以及反物质发动机是关键之一，超距通信技术是核心之二，而冬眠技术则是核心之三，根据这三者技术进步速度的不同，我们制定了两个不同的计划。当然，我们对动力技术的进步肯定必须有一些基本上的要求。 Plan A 假设动力技术率先取得突破，我们可以将飞船加速至光速的 99.99%，这样我们到达 Kepler 452b 的时间大概需要 20 年，这样我们无须人体冷冻技术，只需要常规人体冬眠技术就可以到达。在这个方案中，对于量子通信技术的进步要求也不是很高，只需要实现量子超距通信即可，并不需要量子计算技术的进步。在这一方案中，我们依然需要宇航员，这是一个相对比较常规的方案。 Plan B 如果我们最终未能掌握反物质发动机技术，我们手头可用的动力技术只有常温核聚变，那么恐怕我们无法将飞船加速到接近光速，最好的可能性也恐怕只是光速的 20% 左右，那么我们必须依然另外一种技术，就是量子计算机技术。如果我们不但掌握了量子通信，并且研制出了量子计算机，我们就可以把飞船本身当做一个实时更新的软硬件一体化的机器人来对待。 量子计算机加上量子通信的好处，就是让我们的飞船不是一升空就再也无法更新技术的单机状态，而更加类似于互联网时代的云 + 端。我们任何在地球上研发的新技术，可以源源不断的更新到飞船上。这样，我们最终到达的时间也并不会拖太久。 我不知道未来会如何，我只知道未来技术会越来越先进，曾经在《星球大战》电影中出现了通过量子计算机和量子通信传输人类的技术，从原理上来说也并非不可实现，只要我们到达了 Kepler 452b，只要我们到达的飞船上有一台量子计算机，我们就可以再制造并传出过去无数台量子计算机，而这些彼端的计算机群体可以把整个人类群体瞬间移民过去，到那个时候，我们向每一个想要移民的人类个体收取一定的服务费用，这是不是一个良好的商业计划？