地外文明探索与超光速研究
黄志洵 （中国传媒大学信息工程学院，北京 100024） 

摘要：本文概述了自1960年以来地外文明探索的情况和超光速研究的进展，指出这两个领域之间的内在联系。认为地外文明探索至今未获明显成果；超光速研究有一些进展，但水平、成绩有限。认为“以光速或超光速飞行的宇宙飞船”目前仅是一种设想；当前超光速研究的急迫任务是以实验证明实体物质可以作超光速运动，实验最好用中性物质粒子（中子、原子）进行。 
 

关键词：地外文明探索；超光速研究

1 早期的地外文明探索

    外星文明探索简称为SETI（Search for Extra-Terrestrial Intelligence），它已成为地球人类的重大研究课题。我们知道，波兰天文学家哥白尼（N.Copernicus, 1473-1543）于1543年出版了著作《天体运行论》，指出太阳是一颗恒星，地球和其他行星绕日作圆周运动。这一理论被普遍接受后，人们认识到地球只是一颗普通的行星，绝非宇宙的中心。那么，在类似的演化条件下，宇宙中某些地方也可能有智慧生命存在；德国天文学家开普勒（J.Kepler, 1571-1630）即持这种观点。……1979年，I.Asimov推测银河系中可居住行星多达6.4亿个，因此即使只有万分之一行星有高级生命，数量也非常可观。美国宇航局（NASA）的科学家则估计，宇宙中约有1023个恒星，而银河系中约有2*1011个恒星系统。银河系中的2000亿颗恒星中大约有10% 拥有巨大的、很容易发现的行星；看起来很有可能其余恒星中的大多数周围也有行星存在。这些行星中一定会有类似地球的星体。事实上，地球上的智者早就对“外星智慧生命是否存在”的问题表示关心了。1820年，德国著名数学家F.Gauss提出，可在西伯利亚的森林里找出一片直角三角形的空地，然后在三角形里种上麦子，以三角形的每条边为底边种上一片正方形的松树，这就组成了勾股定理（Pythagoras定理）的证明图，如果有外星人路过地球附近，看到这个巨大的数学图形，便知道这里有智慧生物居住了。 

    然而，真正有价值的、使用现代仪器的探索开始于20世纪60年代。1960年4月8日，美国人Frank Drake将一副直径25米的射电天文望远镜指向了太空中两颗附近的行星—— εEridani和τCeti。他的目标很明确，那就是寻找来自地球以外智能生命的讯息。 

    后来，他使用西弗吉尼亚的10个大型射电望远镜，接收宇宙中的无线电信号并进行分析，寻找1.42GHZ附近的有规律信号。这个叫做OZMA计划的活动标志着一个新研究领域的诞生：寻找地外智慧生命。F.Drake是St.Cruse加州大学的天体物理学教授，兼任外星智能调查所的所长。该所位于旧金山以南55km，监听频率为1~3GHz的频段（这里的背景噪声最低）。由于自1993年美国国会宣布不再支持原来的研究计划，该所一度面临困境；后来由于私人捐助才坚持下来。现在他们的工作称为“凤凰计划”（Project Phonix），并且与澳大利亚科学家合作，在那里有先进的射电天文设备和波谱分析仪以及大型计算机。 

    早期进行研究的还有美国哈佛大学的Paul Horowitz教授。从20世纪60年代起，他领导了“太空多通道分析”计划，它在800万个频道（每个宽0.05Hz）上，用巨型射电望远镜探测太空，对收到的信号作自动分析。他们长时期地探测地球北半球上面的天空。鉴于宇宙深空有大量的星际氢，他们也特别重视氢原子跃迁频率——1.42GHz这个波段。 

    1961年，Drake提出了一个公式：  N=RSfPnEfLfIfcL 

    式中N是银河系可能有的文明总数；RS是银河系中合适恒星的诞生率；fP是合适恒星带有行星的系数；nE是有生物圈的行星数；fL是能产生生命的行星的比例系数；fI是能发展为智慧生命的比例系数；fc是智慧生命有通信能力和文明的比例系数，L是与外界通信能力的持续寿命（即文明存在时间）。据研究，可取以下数据作计算：RS=5~10颗恒星/年，fP=0.5, nE=2, fL=0.1~1, fI=0.1~1, fc=0.1~1；由此得：N=(0.005~10)L 
 
    
 
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2 黄志洵教授的《地外文明探索与超光速研究》 
 
    L取决于该星球上的文明持续能力——是长期存在还是由于核战争之类原因自我毁灭。如取L=(104~105)年，则可算出两套数据：差的情况N=50~5000个，好的情况N=105~106个。 

    因此我们认为，“化学演化→生物进化→智慧生命出现”的戏剧到处都会上演，这就是科普杂志中所说的“外星人问题”。即使是最保守的估计，发展了文明的地外星球在银河系中平均也有数百个。 

    SETI计划经历了几个阶段：OZMA（1960年），独眼神（1974年），HRMS（1992年），凤凰计划（1993年至今）。使用全球最大的射电望远镜Arecibo，直径达306m；搜寻频段1~60GHz，特别是波长18~21㎝（称为“水洞”）。凤凰计划是搜寻200光年的约1000个类日恒星，假设它们周围有类地（球）行星。Arecibo望远镜扫完所在区域的天空需要6个月时间——而那还只是整个天空的三分之一。科学家承认，这样观测的效果跟乱找一气没什么分别，然而谁也不知道智慧信号会从哪边来。迄今无结果，只证明了地球人类寻找同伴的探索精神。 

2 近期的地外文明探索 

    40年后（即2000年），F.Drake 仍在做这方面的工作，把射电望远镜灵敏度大大提高。他说：“我们所要做的就是寻找，寻找，再寻找；直到我们的目光在一个恰当的时间投向一个恰当的地点。他们在进化上或是科技的发展上也许比地球上的人类提前了数十亿年，我们所面临的就如同正在对自己的未来进行一次考古学的研究”。 

    国际天文学界曾不止一次建议只通过接收宇宙信息来寻找外星生命，而不提倡主动发送有关地球的信息。在波多黎各Arecibo天文台于1974年向M13球状星团（该星团约有106颗像太阳那样的恒星）发射无线电信号后，国际天文学会即发出警告。天文学家们担心地球被先进的外来文明发现而遭到攻击。此外，国际航天学会也发表过关于寻找外星生命活动原则的声明。声明规定：在不进行国际协商的情况下，不应对外星智能发出的信号作出回答。2003年，国际天文学界正在制定一份名为《地球的回音》的文件，该文件将对向地外文明发送信息的决策程序作出规定。 

    Arecibo的作法是，用305m射电望远镜向宇宙深处发送了24000个二进制码和关于地球及其居民的一些最基本信息，其内容包括：数字1到10，一些化学分子的原子数，脱氧核糖核酸分子式及其原子数量，人的体形，地球人口总数，太阳系的构成和天文台射电望远镜的形状。按照电波的速度来测算，估计要在4.8万年后才可能得到来自M13星团的回音。 

    1972年、1973年和1977年，美国向太空发射了4个探测器，名字分别为“先驱者一10”号、“先驱者一11”号、“旅行者一1”号和“旅行者一2”号。“先驱者”系列探测器上安有一个金属板，它可谓是地球人的“名片”。上面刻有一男一女的图像，男子在招手。他们身后是探测器示意图，加上这一背景旨在让外星人通过对比来判断地球人体形的大小。金属板下方刻着太阳及太阳系9大行星的编码。从第3颗行星划出一条线，指向探测器，这条线表明了“先驱者”的出发地——地球。左上角刻的是氢原子跃迁过程示意图。 

    最重要的信息在金属板的左侧，这里透露了太阳系的具体地址。中心一点是太阳，从中心点辐射出去的十多条直线指向银河系的“灯塔”——脉冲星。每一颗脉冲星的运行周期都用二进制数码表示。所有先进文明都应当了解这些脉冲星。根据它们的坐标和周期，外星文明可以判断出太阳系的位置，甚至可能推算出“先驱者”飞行器发射的时间。 

    在两艘“旅行者”号探测器上都装有送给外星人的邮包：一个圆形铝盒，里面放着一张镀金视听光盘。光盘经过了特殊处理，可保存数亿年。读取光盘数据的说明写在铝盒的盖子上。光盘上收录了115张图片，介绍了地球文明最重要的一些科学资料：地球的图像及各大洲的自然景观，人类和动物的生活图景，人与动物的身体结构和生物化学构成，包括脱氧核糖核酸的分子结构。除图片外，光盘上还存有大量声音信息。 

 
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3 黄志洵教授的《地外文明探索与超光速研究》 
 
    光盘上录有地球人类用55种语言向外星文明发出的简短问候。光盘上还有一个特殊章节：地球文明的音乐文化，如Bach、Beethoven、Mozart的作品，爵士乐和许多国家的民族音乐。 

    “先驱者一10”号于1997年3月结束了对太阳系外层空间的探测任务，离开太阳系，飞向银河系深处。它与地球的距离已超过1010 km，是迄今为止距离我们最远的人造飞行器，它发出的信号要经过近10个小时才能到达地球。“旅行者”系列探测器于2003年11月离开太阳系，正以每年5 108km的速度飞向宇宙深处。 

    尽管国际天文学会反对主动向外发送地球信息，在天体物理学研究史上，人类已向其他星球发送过6次信息，其中4次通过雷达发射电波，两次借助宇宙飞船发送实物。2003年仍以电波方式发送信息，发射地定在乌克兰国家航天器指挥和试验中心(位于乌克兰Yevpatoria)，即原苏联外太空联络中心。科学家们此次“送信”的主要目标是围绕大熊星座中47Uma恒星旋转的一颗行星。47Uma的光谱分析结果和年龄同太阳很接近，它与我们相距约42.4光年。天文学家认为，它周围的那颗行星与我们地球有着类似的“温室”环境。他们相信，如果这颗行星上存在着生命并有一定的接收设备，那它一定能收到我们的问候。 

    科学家们曾把注意力放在离地球不到15光年的两个恒星的周围。它们叫“鲸鱼T星”和“波江E星”，它们非常像我们的太阳，稍冷、稍小、年龄相近。1995年10月，两位瑞士天文学家提出，飞马星座中的恒星“飞马51 (距地球40光年)周围可能隐藏一颗新的地球，那里就有可能存在着外星生命。 

    科学家们一致认为，找到第2个地球的关键是先要找到第2颗木星。为什么呢?一个星系一定要有像太阳系中的木星那么大、那么重的星球，才能起到保护作用，把偶发的陨石吸走，避免地球（或类地球行星）遭到打击。我们地球如今每亿年才可能遭受1次大的（毁灭性的）碰撞；而如果没有木星，这个时间会缩短到10万年，因而就无法完成物种进化过程。前述两位瑞士科学家正是通过测量，推断“飞马51”周围有类似木星的巨大行星在飞行，才预言“第2个地球”存在的可能性的。……近10年来，科学家已经通过各种方法发现了约170颗所谓的太阳系外行星；大多数是像木星一样的气态巨行星，不利于生命的存在。 

    美国科学促进会于2006年2月中旬举行的一次会议上公布了一个名单，列举了探索地外生命的10个候选恒星，它们将是NASA计划于2020年前发射的“类地行星搜寻者”的首批探索目标。发言人M.Turnbull代表NASA和SETI说，现在飞马座51号成为10个候侯选恒星中的首位。其他候选者还有：与太阳极为相似的天蝎座18号星；离太阳最近的恒星系统半人马座α（B）；以及epsilon Indi A；等等。人类至今对它们知道得很少。 

    2006年4月，《Nature》杂志报道说，两架最新的天文望远镜的安装将在这一年加速SETI的进程。一架是直径1.8m的望远镜，装在美国Havard大学Oak Ridge天文台，可以发现小于10-9s的闪光；观测由P. Horowitz领导，预计将进行数年。这个构思来自下述假设，即地外智慧生命或许是用激光发送信号，而不是用无线电波。另一套装置则仍用无线电波，它安装在美国加州的SETI研究所，领导人是Peter Backus;该所计划与Benkeley加州大学合作，建设350个反射器组成的阵列（每个直径6m），以便在今后搜索106个星体！这个宏伟计划受到Micro Soft的支持，近期即有几十个天线开始工作，对银河系中心进行研究。 

    美国宇航局（NASA）对地外文明探索非常重视。NASA计划在2004~2014年间发射两艘价值达数十亿美元的宇宙飞船，用来进行类地行星的搜寻探测工作。NASA又打算首先研制出一台较小型的日冕观测仪，并于自由飞行干涉仪发射几年之后，即在2014年前后发射升空。这种结合了可见光波长和红外波长的联合探测研究，将提供大量独立的证据，从而帮助天文学家得出“在地球之外存在生命并且适合生命居住的行星”的可靠判断。 
 
 
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3 早期和中期的超光速研究 

    在1905年以前，科学界对“速度”从未认为存在极限。1905年狭义相对论（SR）问世，其中却有一条“光速极限法则”。我们知道，A.Einstein是一位家喻户晓的人物，纵观他的一生和他的工作，称他为“伟大的物理学家”是没有问题的。他的光子学说，以及他的其他科学贡献，确实可以彪炳千秋。但是，对他的相对论人们提出了越来越多的质疑。例如，早在1962~1971年间，H.Bondi、P.G.Bergmann和N.Rosen就指出，相对性原理和宇宙学原理之间存在着深刻的矛盾。然而，正是相对性原理和光速不变原理一起，构成了SR的基础。而且，Einstein的光速不变原理实际上是假设“单程光速不变”，这个假设至今也没有得到实验上的证明，甚至被认为是不可能证明的假定。中国科学家陆启铿、邹振隆、郭汉英早在1980年就曾指出，对于现实宇宙的大尺度行为SR已无意义，故对相对论的理论基础必须重新考察。 

    SR理论断言“超光速运动不可能”，其实是站不住脚的。这个断言主要来自两个推论，一是“运动物体在运动方向上的尺度随速度增加而减小”，二是“运动物体的质量随速度增加而加大”；即 

    式中、是物体静止时的尺度和质量，β=v/c，v是动体速度，c是光速。由于以上两式，SR便断言“v>c时的讨论已无意义”。其实，这两个推论都没有直接的、判据性的实验证明。因此，多年来超光速研究也就在我们这个星球上不断地开展。它虽然还处在婴儿时期，对科学和技术的发展已产生了良性刺激。

    最早的报告来自对微观粒子的观测。长期以来，人们认为介子（mesons）的运动速度小于光速。1955年，O.Chamberlain等的文章（Phys.Rev.,Vol.100,947）说，对π介子的测量表明，它在3.8×10-8s时间内飞行了40ft (约12.2m)距离，故其速度为320842105.2 m/s，即v=1.0702c。故认为π介子的飞行速度是超光速的；但以后没有对此再研究下去。 

    20世纪60年代以来的超光速研究，即早期开展的工作，是寻找“快子”及观测类星体。“快子”一词的英文是tachyons，是美国Coloumbia大学教授Gerald Feinberg于1967年提出来的；它是根据tachus（希腊文中意为“快速”）而创造的词。快子以超光速运动，其速度v>c。1960年之后，一些物理学家认定：Einstein的“速度极限”（speed Limit）不能用在“已经以超光速运动的粒子”身上，这种粒子就是快子。为了不与SR理论相矛盾，Feinberg 假定快子的静止质量为虚数（）。然而，人们一直无法说明“虚数质量”的意义，实验上也找不到证据。后来，即在1986年~2000年间，对中微子（neutrinos）的测量表明可能其<0，故一些物理学家认为中微子是快子，以超光速运行。但迄今为止尚不清楚中微子的运动速度究竟是怎样的；而且，对其可能为负数也有其他不同的解释。 

    快子有一些古怪的特性。例如，它损失能量时将加速，故能量为零时的速度是无限大。实际上，只有无限大能量才能使快子减速到c。无限大能量是不可能达到的，故快子不能以c（以及小于c）的速度运动。快子仿佛存在于相对于亚光速粒子来讲是镜象的世界。当它穿过真空空间，会产生称为Cerenkov辐射的光锥。……尽管快子尚未找到，然而最早是为了避开狭义相对论（SR）困难而提出的快子，却出现在各种物理理论中。例如，有人认为宇宙线中可能有快子；也有人认为它存在于暗物质（dark matter）里；在弦论（string theory）中快子也有重要意义。 

    与此同时，科学家们把目光投向宇宙深空。20世纪70年代，在射电天文观测中通过甚长基线干涉仪（VLBI）技术发现了数十个河外射电源有超光速膨胀现象。在遥远的宇宙深空，类星体（quasrs）是具有活动星系核的一类星系，是很密的物质。对3c273类星体的观测，1971、1977年M.H. Cohen报告了3c、4.2c的分离速度；1979年G.A.Seielsted报告了5.2c，而1981年T.J.Pearson报告了9.6c。……问题是对这种“天体运动中的超光速”应当怎么看？有人从SR出发认为这只是“表观超光速”，即一种视现象。然而，长期积累的观测数据表明这类膨胀在加速，并且似乎与Einstein引力理论中的类空运动呈现的规律非常相似。就是说，虽然SR否定超光速运动的可能，但广义相对论（GR）的宇宙论的类空测地线规律又与宇宙星体超光速运动的规律相符！天文与天体物理学家曹盛林曾对3c273的观测数据作拟合研究，发现其结果否定了所谓“视超光速”SR喷流模型，而支持GR类空测地线描写的“真实超光速膨胀”模型。故他认为类星体的有关超光速数据不是“表观超光速”，而是实在的超光速运动。 
 
 
    
 
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5 黄志洵教授的《地外文明探索与超光速研究》 
 
    超光速研究的中期大约从1992年开始，特点是发现光子、微波、光脉冲和电脉冲的传输速度可以超光速。一个著名的实验是在1993年发表的：美国Berkeley加州大学的A.M.Steinberg, Kwait和R.Chiao（乔瑞雨）测量了光子穿过厚1.1μm的位（势）垒时的时延，并在一种称为“双光子赛跑”的实验安排中证明光子的隧穿速度为(1.7±0.2)c。这个实验装置的高水平令人惊叹！ 

    众所周知，电磁波是非实体物质。对自由空间中的波、无线电波脉冲、微波脉冲、光脉冲的传输速度的实验研究，是在1992年及以后的10年中展开的。德国科隆大学的G.Nimtz等用微波脉冲通过截止波导，获得了4.7c（1992年）和4.34c（1997年）的数据。A.Ranfagni等用双角锥喇叭在微波实验，1996年获得了自由空间的波速为2c。2000年，D.Mugnai等用改进的喇叭天线法得到一个结果是1.053c。在无线电波频率上的脉冲传输也获得了超光速——2002年A.Hach 和L.Poirier用模拟光子晶体的同轴结构获得了群速vg=(2~3.5)c。用类似方法，J.N.Munday和W.M.Robertson获得vg=4c（2002年）；黄志洵和逯贵祯获得vg=(1.5~2.4)c（2003年）。 

4 近期的超光速研究 

    超光速研究的后期大约从2000年开始。在这年，旅美的中国青年物理学家王力军在Nature杂志上发表的一篇论文引起了相当大的反响，该文的题目是“增益辅助的超光速传播”。它描绘了王力军小组设计并实施的实验，特点是使用反常色散状态并获得负群速。我们知道，虽然在20世纪初就有一些著名物理学家（如A.Einstein, A.Sommerfeld，L.Brillouin）讨论过“负速度”，但这一概念的实验实现却是20世纪末到21世纪初才真正成功。王的实验用铯原子气体在光频实现了负群速：vg=-c/310；这时，光脉冲在尚未进入气室时就离开了气室；这一现象引起了许多争论。 

    王力军小组开创的光脉冲超光速实验引起了广泛的兴趣。必须指出，理论和实验都表明，实现负群速比实现超光速群速要求更强的反常色散，即折射率n随频率f的变化关系要更陡峭（即要求更大的）；故负群速是“更厉害”的超光速。受王力军实验的激励，在全世界有多个研究组进行了类似的量子光学实验；例如，美国M.D.Stenner等实现了vg=-c/19.6（2003年）；北京大学的陈徐宗、肖峰等实现了vg=-c/1667~ -c/3000（2004年）；等等。在频率较低的无线电波段，Munday和Robertson用电脉冲进行实验，曾获得vg=-1.2c（2002年）。……上述情况表明，用无源系统或增益系统都能产生超光速群速乃至负群速，但用增益系统时可实现失真非常小的信号传送。 

    近期超光速研究的一个特点是展开了对各种物理作用的速度的探索。2005年，笔者提出了广义信息速度（general information velocity, GIV）的概念并有如下考虑：首先，在传送信号时可以没有实质性的内容（即没有消息），因而信号速度与信息速度不能混为一谈（即vs≠vi）。其次，在GIV中我们列出了作用速度（interaction velocity, IV）。什么是“作用速度”的含义？所谓“作用”对应的英文词是interaction，在实际中分为两种情况：①既有力效应又有能量传递的作用。例如，引力场的作用，电磁场的作用，核强力、核弱力作用，均属此类。②没有力效应也没有能量传递的作用，量子纠缠态即属此类，亦即EPR问题。实验证实，在量子世界中似乎有一种超距的、即时的联系(相关)存在，体现在量子纠缠态中，但并未发现力效应、粒子传递和能量输送。 

    近年来，研究较多的是引力作用速度，并扩展到量子纠缠态的作用速度。对引力速度VG，I.Newton认为是无限大，A.Einstein认为是c；但也有一系列的超光速数据：108c（P.Laplace提出，1810年）；>20c（A.S.Eddington提出，1920年）；2 ×1010c（T.Flandern提出，1998年）。2003年，S.Kopeikin和E.Fomalont报告说测出了引力速度，它就是c；这一报道未获得美国科学界的支持。 
 
 
  
 
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6 黄志洵教授的《地外文明探索与超光速研究》 
 
    1935年，Einstein、Podolsky和Rosen发表了一篇批判量子力学（QM）的文章，后来被称为EPR论文或EPR思维。然而，1951年D．Bohm所阐述的EPR思维提示了一种奇怪的量子相关。当两个旋转粒子相互作用后分开很远，其自旋相等而相反，故可从一个推断另一个。根据量子力学，两者的自旋都不确定，直到测出为止。测量确定了一个粒子的自旋方向，量子相关使另一粒子立即接受确定的自旋。这一结果即使二者相距若干光年也对。这种远距离作用暗示，粒子间有一种超光速作用存在。这是Einstein所不能接受的——正是这类事使他苦恼并与量子力学保持距离…… 

    1981~1983年，法国物理学家A.Aspect领导完成的实验以高精度证明结果大大违反Bell不等式，而与量子力学的预言极为一致。他们的实验不仅是静态的，而且用动态装置检验了EPR的可分性(即局域性)原则，为物理学评价提供了可信的根据。在Aspect实验(以及其他实验)公布之后，拥护量子力学、不同意EPR的物理学家人数增多了。例如，法国物理学家B.dEspagnat说“几乎可以肯定局域实在论有错误”。又如，英国物理学家、Nobel物理奖得主B.Josephson说，也许宇宙的某一部分“知道’另一部分，即一种有条件的远距接触（虽然互相不在一起）。但是，人们对承认“存在超距作用”仍有很大的疑虑(这不就回到了I．Newton的绝对空间)；然而，也有人(如K．Popper)认为“应当考虑存在超距作用的可能”。可见，对EPR思维的讨论又与“超光速的可能性问题”相联系着。至于D.Bohm，他在1992年去世前，一方面排除“用超光速传递信息”的可能性，但又说：“从深层次看就会发现有超光速的东西。” 

    对量子纠缠态（quantum entangled state）的研究导致了量子信息学的建立。为了避免别人说自己“反对Einstein”，一些研究量子信息学的专家谨慎地与超光速研究拉开距离。然而，不久前有报道说，2000年N.Gisin等在瑞士的实验测量得到量子纠缠态（QES）的作用速度为 (104~107)c。这是重要的情况，表示这个作用速度不是无限大，而是超光速的。这虽然并不表示可以自动实现所谓“量子超光速通信”，亦即量子纠缠不能传递经典信息，但证明“量子信息超光速”也有其意义。 

    关于国内外在超光速研究方面的进展，进一步的了解可参阅笔者的3本著作：《超光速研究》（科学出版社，1999）；《超光速研究新进展》（国防工业出版社，2002）；《超光速研究的理论与实验》（科学出版社，2005）。 

5 航天界关注和介入超光速研究 

    2004年11月，宋健院士策划并领导、组织了一次学术会议——第242次香山科学会议（主题是“宇航科学前沿与光障问题”）。不久前，有学者在学术刊物上撰文回忆说，该会议“是在科学发展的重要时刻探讨关键问题的一次重要会议，标志着中国科学家对重大科学问题的参与，具有历史里程碑的意义。”……这样高的评价是否正确姑且不论，但它取得了成功并产生了相当大的影响则是肯定的。 

    在这次会议上，会议执行主席之一的陈佳洱院士说，对于A.Einstein，我们如能发展其理论思想就是最好的纪念。在历史上，任何理论均有其适用范围，总会被更好的理论继承、发展和取代。实践是检验真理的唯一标准，在自然科学研究上更是如此。判断的标准只有一个：大量的人的大量实验。他号召大家发展好的物理思想，设计并进行精巧的实验。 

    会议开始时，宋健院士作了题为《航天、宇航和光障》的主题评述报告。它大气滂礴，充满了对人类未来的关注和思考。其中的一些内容，实际上是代表航天界直接地提出这样的问题：未来的宇宙飞船究竟能否以超光速飞行？！这是严肃而重大的课题，过去仅仅凭兴趣研究超光速问题的大多数人其实并没有考虑过。 

    地球人类是宇宙的孩子，是宇宙所蕴育的。宇宙的均一性使我们断定生命不是地球上才有的现象，而是正常的、到处都会发生的可重复的规律，只是生命的具体形态会有所不同。也就是说，条件具备时就会有生命出现；而仅仅在银河系，可能具备条件的恒星系统大约有107~108个！因此，科学界的多数人都相信有外星智慧生命存在。……既然如此，为什么他们至今没有来地球造访我们呢？ 
 
 
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7 黄志洵教授的《地外文明探索与超光速研究》 
 
    一个最简单的解释是，宇宙实在太大了，恒星系统之间的距离太远了。例如，太阳系外最近的恒星（半人马座α星）距地球约4.3光年（光年即ly，1ly=9.5×1012 km）。假如自地球出发的飞船用百分之一光速飞往该星，即速度 v=0.01c0.01×3×105 km/s=3000 km/s 

    则430年才能抵达，往返一次历时860年。为了作比较，我们看看地球人在制造高速飞行器方面的现有水平。2004年美国实现了飞机在大气层的10倍音速飞行，即v3.2km/s；假使以这个速度飞往半人马座α，往返一次竟需85万年。2006年1月，美国NASA的“星尘号”无人飞船返回地球时速度达13 km/s，是迄今为止人造飞行器的最高速度，但前往半人马座并返回也要大约20万年！ 

    如果飞船能以光速或超光速飞行，情况就不同了。例如，以c飞行的飞船花4.3年的时间即可抵达，往返需时8.6年。如以10c飞行，大约要5个月即可抵达，往返仅需10个月。正是这种状况使宋健院士认为，今后努力目标应是使飞船速度接近光速或（如果可能）超过光速，作为实现“太外飞行”（即飞到太阳系以外）的前提条件之一。 

    简而言之，宋健院士于2004年11月提出的观点可概括如下：① 生命的出现是自然规律决定的。只要环境适宜（特别是有液态水），时间足够长时就会出现生命；因此“地外生命”有可能存在。② 飞出太阳系是人类的伟大理想；若干年后，将有第一批宇航员飞出太阳系并安全返回。③ 要实现“太外飞行”，有4大理论和技术问题要解决，即：绘制宇宙图；设计喷气速度近光速的发动机；建设长期生命保障系统；克服光障。对这些问题，科学界已做了一些前期工作。④ 狭义相对论并不能排除超光速运动的存在；说“超光速不可能”缺乏实验证据。 

    宋健认为，20世纪下半叶至今，很多物理学家继续研究存在超光速运动的可能性。但是，从早期的虚质量，快子，到改变空间尺度，超光速传播，负质量等等努力都没能绕过β=v/c=1这个奇点。从技术科学来看光障，这个奇点的产生不是来自数学，而是来自以光学和电磁波手段测距的技术基础。用光学或雷达往返信号时间间隔之半去定义距离，用这种技术，由于光速的有限性，根本看不到运动速度等于和大于c的目标，所以它不可能成为研究和发展超高速宇航的基础。 

    宋健指出，电磁波传播速度的有限性也限制了超光速双向宇航通讯的可能性，地面站用电磁波无法向以接近或超过光速c运动的飞船发出指令或建议。航天技术呼唤实验物理学家们寻找传播速度大于c的信号源。只要能找到这种新的信号源，以光速或超光速作宇宙航行的可能性就会大为增长。 

    另外，中国运载火箭技术研究院研究员、中国航天工程咨询中心首席科学家林金还提出了一个从航天实践中抽象出来的思维实验，从火箭自主惯性导航的理论模型得出，一个运动质点自己可以测量自己相对一个给定惯性系的速度、加速度和位置作为质点上自带钟固有时间的函数，而无需与外界交换信息。亦即如果世界上没有电磁场和光，惯性系统可照常自主定位和测速。那么，对于（假想的）只有引力而无电磁的世界，为何3×108m/s会成为速度极限？！这是说不通的。故宇宙飞船的速度不存在上限！ 

    宇航的光障问题使人回想起20世纪航空工程中出现过的关于声障问题的经历。超音速飞机出现以前，很多人曾设想，当飞机速度接近声速时，在空气中以常速传播的声波会聚集在前面成为密度很大的激波，飞机无法穿过。硬要穿过，要么机毁人亡，要么失稳失控。但是，航空科学家和工程师们为攻克音障而投入了战斗，经过数十年的理论分析和风洞实验，人们彻底弄清了激波的物理性质和结构。于是，美国空军于1947年10月14日实现了首次超音速飞行。第二年，苏联的La-176飞机也超过了音速。关于光障问题是否也会有类似的前景？人们拭目以待。 

6 讨论 

    地外文明探索与超光速研究大约是同时（约在1960年）开始的，这是非常有趣的事。可以说，科学界关于地外文明探索的研究给人们以深刻的启示。目前已在太阳系内广泛寻找初等生命存在的迹象，涉及月球、火星、木卫二、土卫二、土卫六等处。一般认为，智慧生命应当是在太阳系外。那么，在几十年探索中为什么宇宙一直沉默不语？为什么人类迄今为止一直没有发现外星智能存在和活动的迹象？这不是同世界多样性的观念相矛盾吗？对此，天体物理学家早已作出了多种解释。 
 
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8 黄志洵教授的《地外文明探索与超光速研究》 
 
    首先，我们并不知道该用哪个频率来接收外星文明的信号，我们不知道信号源的方向和抵达地球的时间。迄今我们只用了无线电波和部分光波带。而外星人也可能通过其他渠道与我们联络，如引力波、中微子、X射线和 射线。况且，或许还有许多我们地球人类根本就不知道的联络方式。也许在我们看来相当现代化的通信联络方式在外星人眼里就像信鸽传书一样早已过时了。 

    其次，直到几亿年以前，我们的银河系还经常受到 射线爆发的辐射：死恒星碰撞和黑洞都释放出大量致命射线。只是到了现在，这些碰撞才变得稀少起来，外星生命才有可能出现并从自己居住的行星旅行到相当遥远的地方。也就是说，地球上之所以还没有外星人，可能是因为他们在有可能到达地球之前，就被 射线杀死了。直到最近 射线的爆发周期才越来越长，从而为外星人提供足够的时间间隙作星际旅行。 

    另一种考虑是，设想外星文明中有一部分的发展水平远高于地球，那么他们会不会乘超光速飞船到地球来？！从逻辑上讲不排除这种可能；就是说，我们没有能力去他们那里，他们却有能力来我们这里。但在实际上困难非常大；首先，宇宙中并非空无一物，以光速或超光速飞行即使可能，飞船所受的任何碰撞都将是致命的。由于速度过高，躲避宇宙中粒子和物体的撞击亦无法操作。其次，身处如此高速的飞船中的人及其他生物，会有怎样的生理变化和反应，是难以想象的；……如此等等。这可能也是迄今“外星人并未光临地球”的重要原因。 

    从现实的角度看，实现“宇宙飞船以光速或超光速飞行”，即使理论上不存在障碍，困难也非常大。首先，迄今为止全世界的超光速研究水平不高；尽管在美国、德国、意大利、中国等国科学家的参与下，已有了一个好的开始，“禁区”已被打破，做了不少超光速实验。由于实验进展的推动，人们又提出了各种“允许超光速运动存在”的时空理论，使有关研究更趋活跃。……然而我们必须说，迄今为止的超光速研究尚处在婴儿时期，水平不高、成绩有限。例如，对于中性物质粒子（如中子、原子）的超光速运动尚无实验成功的报道，对实体物质（如固体）的运动更是如此。……或许宇宙中已经有由实体物质构成的天体在作超光速运动？有的天体物理学家说：“实际上，呈现超光速运动的天体相当多，天文学家已经习以为常了”。不过，20世纪70年代发现的类星体的超光速现象，能否作为“宏观实体物质可以作超光速运动”的铁证？至今仍有争议。……既然实体物质的超光速运动的实证还存在问题，“超光速飞船”尚不是航天界迫切而现实的课题。 

    现在，最大胆的设想仍是亚光速的。2006年1月有报道说，美国NASA正在审查两个研究项目，其一是美国华盛顿大学的专家提出的磁化等离子束推进系统，从地球到火星可能只需45天。根据地火间的平均距离（7680×104 km），可算出速度v20km/s=6×10-5 c。其二是根据德国科学家的设想而研究“超空间发动机”，预期用3h可从地球到火星；根据地火间平均距离可算出速度v=7000 km/s0.023 c。尽管速度还远小于光速，这些也只是设想，能否实现还很难说。 

    然而，宇宙飞船仅是手段、工具，而非目的。有没有不依赖于“飞船超光速飞行”的远距离宇航方法呢？一位美国科学家曾设想用量子方法输送人体。我们知道，Einstein的著名的EPR论文实际上是抨击和否定量子力学的，因为后者含有幽灵般的超距作用。但是，1982年法国物理学家A.Aspect领导的实验如同判据一般宣告了量子力学的正确；自那时以后，对量子纠缠和量子信息的研究蓬勃开展。为了避开Heisenberg测不准原理带来的困难，人们致力于发送量子的状态而不去测定它；亦即输送的不是物质而是量子信息。这个量子信息学技术不可能（至少是现时不可能）用来发送人体，虽然EPR纠缠即使在若干光年的距离上也对。况且，描述人体的所有原子的信息量十分巨大（约1031字节）；对比之下，目前全世界全部图书文献的信息量仅为1015字节左右。因此仅从信息传送角度看亦无法实现。此外，我们又如何把一个复杂的人体完全转换为光信息，并在传输成功之后在太阳系外某处把光信息又组装还原为人体呢？！因此，不用宇宙飞船而用量子方法把人送到若干光年以外的想法，现在并不具备可行性。 

7 结束语 

    以上我们概述了以地球上进行地外文明探索和超光速研究的基本情况。地外文明探索至今未获成果；但SETI并未失败，仍在继续。研究动力来自一种基本的冲动和思考——想知道我们在宇宙中究竟是不是孤单的？！研究和探索自然有重要意义；但是，即便外星人存在并来造访地球，人类恐怕也是尚未作好应对的准备。 

    至于超光速研究，应当说它还处在婴儿时期。在一般情况下，做基础研究的科学家是不考虑（至少是不急于考虑）技术应用的，研究动力来自弄清现象的本质的兴趣。2000年7月10日，王力军博士在回答记者提问（“你的实验有没有可能的用途”）时，就只作了一个空泛的回答（“希望我们的工作能找到有益于人类和平的用途”）；这正是做基础研究的科学家常见的态度。……不过，既然航天专家提出了问题和任务，从事超光速研究的人们确实应当严肃地予以答复。 

    笔者的观点是，所谓“以光速或超光速航行的宇宙飞船”，只是一种设想。即使理论上的障碍可以不再考虑，实践上的困难也非常大。也许可以说，它将成为对地球人类的智慧与能力的最大挑战之一。将来究竟能否实现，目前尚难估计。……作为基础研究，目前的急迫问题是以实验证明实体物质可以作超光速运动。我们不主张主要用电子做实验；如所周知，1901年的Kaufmann实验早已证明电子的荷质比（e/m）随速度v变。后来一直说成是“电子质量m随v变，规律符合Lorentz公式”。但这只有电子电荷e不随v变才是如此。而这个假设一直缺乏实验证明，特别在速度v接近光速c时，e完全不变是不太可能的；故用电子做实验易引起分歧。因此，实验最好用不带电的中性粒子（如中子、原子）进行。设计新的、巧妙的超光速实验是当前最重要的工作。