毕业于北京大学元培学院，擅长以通俗易懂的文风写作最有争议性的科学话题，话题涉及演化、物理、数学等诸多领域。精通翻译，关注社会新闻与科学漫画。曾采访《自然》总编Philip Campbell、《科学美国人》总编Mariette DiChristina等多位业界人物，致力于与顶级科学家的沟通与采访。
2016年4月，我们的霍金老爷子发表了一个惊人的消息：他和尤里·米勒、马克·扎克伯格等大人物，一起设立了“突破摄星”（Breakthrough Starshot）计划，要在未来的20年里，往半人马α星（南门二）发射一个探测器舰队。
按照计划，他们会在地面上建设一个100GW的超级激光阵列，与此同时向地球轨道上发射1000个所谓“纳米探测器”。这些探测器很小，每一个的质量都只有几克，但是它们都会备有一张4米见方的超薄光帆。一切就绪后，用地上的强激光照射光帆，短时间内提供巨大的推力，令其在几分钟内加速到0.2倍光速（每秒6万千米），然后花20年时间抵达半人马α。
“突破摄星”计划设想的纳米探测器和光帆。
图片来源：space.com
是不是很厉害！
……厉害归厉害，但是万一半人马α星真的有生命存在，他们见到这么一坨东西飞过来会有什么感想？
让我们来算一算吧。
肉眼看过去，探测器的本体很小，绝大部分是这个4米×4米的光帆。光帆在我们眼中一定是闪闪发亮的，因为哪怕它只吸收一丁点光能，在能量巨大的激光打上去的时候，也会承受不住而气化。“突破摄星”计划预计制造出吸收率低于10^-9的超反射光帆，那将是大部分人见过的最明亮的镜子（要知道，日常镜子反射率能到95%就不错了）。
如果半人马α星周围的行星上能支持生命的话，他们遵循的物理定律一定和我们相同。因为光能承载的信息远远大于其他感官媒介，视力对于生命应该有巨大的好处。在地球上，视力分别诞生了好多次，95%的动物物种有视力；因此我们可以有把握地猜测，半人马α若有文明，几乎肯定拥有某种形式的视力。
具体的视力范围依赖于恒星的光芒。半人马α的三颗恒星和太阳相比，整体要稍红一些，但是相差还不算特别远，因此他们的视力范围也不会和我们相差太远。
半人马α星A, B和C（也就是比邻星）与太阳的对比。
图片来源：pics-about-space.com
总之我们可以推测，在我们眼中闪闪发亮的光帆，在他们的天文学家眼中也是如此。
这带来了一个严重问题：他们可能无法准确估计这些探测器的大小。
我们是怎么知道天体大小的？几乎所有的时候，遥远天体在望远镜里都是一个光点而已，不可能直接像看日常物体一样看出大小来。早年间测量大小的一个重要手段是看它多亮--越亮的东西，反光面积越大，个头也应该越大。显然这个办法有严重的缺陷：我们不知道它的反光率。但是天然物体的反光率，范围也就那样，误差不会到太过夸张的程度。（当年我们正是因为反光率问题而高估了冥王星的大小。）
但是这对我们的探测器就不适用了。它不是一个传统的小行星，而是一个反光率接近100%的平面。如果半人马α天文学家的观测技术还不够高明，他们很可能会把这个探测器当成一个典型小行星来估算大小。常规的小行星反照率通常在0.05-0.3之间，因此他们会按照亮度认为这是一个直径10米左右的小行星，重量约1000吨（一般假定小行星的密度在2000千克/立方米左右）。
然后，这样的小行星有1000颗，每一颗都在以0.2倍光速飞奔过来……
呵呵。
直径10米的小行星，本身倒没有什么了不起。就算是以60km/s的速度（这算很快的小行星了，绕太阳运行的天体最快不能超过72km/s）撞上来，也出不了正经陨石坑，充其量相当于一个通古斯大爆炸。哪怕1000个加在一起，也只是一场区域性的灾难，不会对全球文明产生根本影响。
问题是，现在这些“小行星”不是60km/s，而是60000km/s。速度翻了1000倍，能量就增加了1000000倍。这堆小行星加起来，哪怕不计相对性效应（对0.2c而言，计入不会影响数量级），总能量也可达10^24J，或者相当于10^14吨TNT当量。这能量当然不足以摧毁星球，但是已经和毁灭恐龙的奇克苏鲁伯小行星撞击总能量相当。虽然实际上它们撞到目标行星的概率微乎其微，但毕竟有1000个啊！哪怕是千分之一的奇克苏鲁伯，起码也得造成一轮全球气候大波动。
更加可怕的是这一危机带来的心理震撼。如果眼见世界末日就要来临了，我们会做什么？恐怕不可能还一切如常吧。完全有可能在真正的撞击到来之前，绝望和恐慌就已经彻底摧毁了社会秩序，带来文明范围的巨大衰退了。
搞出什么奇怪的邪教也是完全有可能的……
图片来源：thoughtforyourpenny.com
还有一个更大的潜在威胁，不过这个威胁此处要卖个关子，下一节再说。
假定他们并没有被绝望摧垮，而是顽强地熬到了小行星来临的那一天，应该会发现是虚惊一场吧！这些探测器其实每个都只有几克而已，砸到地上顶多也就砸坏个花花草草，不会成什么气候吧！
慢着。一个相对性速度运动的宏观物体，在太空中运动还无所谓，和其他物质接触可就有问题了。比如，它如果在大气层中运动，能让前方的空气发生核聚变。
是的你没看错，核聚变。
核聚变的基本原理是让两个轻原子撞成一个重些的原子（但通常不会比铁更重）。地球物理学家致力实现的主要是氢原子聚变，但是除了氢之外还有很多种聚变方式。常见大气层元素不过碳氢氧氮硫，这些通通都有聚变潜力。
正常情况下空气不会聚变（如果会，我们就不用研发聚变反应堆了……因为我们都死了），因为原子核带正电，互相排斥。为了让原子聚变，我们需要用原子弹、磁场或者激光把它们硬压进一个小区域，逼它们接触。但是现在我们有了一个0.2c的飞行器，这些都不成问题--它飞得如此之快，前方的气体以日常每秒几百米几千米的速度简直就是静止的。它们根本来不及逃开，被硬生生压在了一起，强行发生核聚变。在这个场景下，流体力学根本就无关紧要了。
xkcd的作者Randall Monroe其实在子系列What if中描述过类似的场景：以0.9c投掷棒球会发生什么？结果就如图啦（我认为网球王子的作者应该看看这一篇——编辑）。
图片来源：songshuhui.net
这些核聚变会产生多大的能量？几乎不可能计算，本来建模就够难了，何况我们也不知道目标星球表面的大气层状况。但是有一点可以肯定，这会产生数量巨大的伽马射线，它们会打击周围的空气令其电离，从而一边扩散产生更多辐射、一边形成一个不断扩张的等离子球。
聚变的力量也会对探测器产生反向推力，但这种力量在0.2c面前不值一提。不过它们会剥蚀探测器的表面，炸出许多微小碎屑，这些碎屑以0.2c的速度继续前进，并引发更多的聚变。
很难计算探测器抵达地表时是什么样的（如果大气层的厚度是100km，它抵达地表只需要1毫秒）。也许它早就分崩离析了，但这无关紧要，反正是一坨碎屑裹挟着一个大号等离子球撞到了地上。由于总质量太低，我们可能见不到很大的坑，但是过程中的伽马射线和X射线可不是闹着玩的。有可能周围几公里甚至几十公里的生物都被伽马射线扫平了。
换句话说，和挨了一个中子弹没有太大的区别。
哪怕只有一个落到了目标星球上，也是令全球震惊的暴行，而他们已经知道有一千个这样的武器奔着他们过来。这种致命外交事故会对两球关系产生怎样的影响？简直无法想象。
而说到底，发射这样的航天器并没有什么不可逾越的技术鸿沟。如果他们奋起发展科学技术，决定实施报复性打击的话……那霍金，你可就把我们全都毁了。
作者：Ent
编辑：Stellasun
排版：红色皇后
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