未來有哪些方式可能實現恆星際航行？（比如到達開普勒452B，甚至是河外星系）亦或是，永遠不可能實現？

11-27

未來的星際旅行是一個宏大的命題，感謝題主 @吉鑫磊把我邀請進來。
在開始討論問題之前，我們先從歷史中的一個小片段開始：
1977年的8月和9月，承載著時人重大夢想的旅行者號飛船1號（Voyager 1）和2號（Voyager 2）相繼出發，離開地球（這裡只講旅行者號，因為篇幅所限，先驅者10號和11號的事不提，要了解的朋友去這裡：Space Today Online -- The Pioneer spacecraft still are outbound）。
作為追尋星辰大海中生命火種的重大使命之任務載體，星際航行這種技術既是人類空間爭霸的阿喀琉斯之踵，同時也是打通宇宙帝國河西走廊的任督二脈，說它如何重要都不為過，我在這裡為大家大致梳理一下旅行者號的時間線：

早在2013年的9月，NASA就宣布了旅行者1號飛出了日球層，成為現時距離地球最遠的人造飛行器，也是第一個進入星際空間的航天器，而在40000年後，它將會飛過其路線上距離鹿豹座的恆星格利澤445（目前正在以119km/s的徑向速度接近我們的太陽）最近的位置：1.6光年，這是一個什麼概念呢？1.6光年=100915.2AU（1AU=150000000km，1個天文單位定義為地球到太陽的距離），大約是海王星到太陽距離的3400倍，相當於奧爾特雲（Oort cloud）最外層到太陽的距離。
得益於當時176年一遇的行星連珠（the grand tour）大事件，旅行者號飛船得到了強大的引力助推作用，使其速度達到了遠超於太陽系逃逸速度的數值（大於先驅者和新視野號的速度，對比數值詳見Spacecraft escaping the Solar System）：

圖片來自voyager 1 accelerate
根據NASA的數據，在2012年時他們得到旅行者1號的對日速度是17.043km/s，這個速度有多快呢，大家點進這個網站感受一下：旅行者一號的距離
但即便是這樣，要抵達距離太陽系最近的恆星——半人馬座的南門二三合星系統中的比鄰星（Proxima Centauri），以對準比鄰星的方向和高達17.043km/s的對日速度勻速航行，也要花上73775年的時間！
另外，旅行者1號使用的是放射性同位素熱電機（Radioisotope thermoelectric generator）來進行發電，其原理是利用熱電偶陣列接受一些合適的放射性物質（比如放射性同位素鈈238），然後轉化其衰變時所放出的熱量為電能進行供電。

圖片來自Radioisotope thermoelectric generator
雖然它比燃料電池、鋰離子電池、普通發電機和太陽能電池在無人維護或者太陽光照不足的條件下更有優勢，但是因為其燃料源的放射性衰變，使得放射性同位素熱電機的發電功率持續的下降，以每年4.2Watt的速度減少，所以每隔一段時間，旅行者1號就會關閉一項功能以保存剩下的儀器運轉正常，比如在2010年它就停止了紫外線分光計的觀測，而到2025年以後，就不再會有足夠的電力能源保障其餘的儀器正常運作了。
如果我們想要在短時間抑或幾代人的時間內完成星際旅行，那麼我們就必須指望新科技或者就有技術的提升，下面我將根據youtube的這個視頻：https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
為模板，為大家呈現五種可能的星際旅行方案：
伊·馬鎮樓

記得開wi-fi哦

1.傳統火箭燃料型（Traditional Rocket Fuel）
人類史上最快的載人航天器飛行記錄的保持者是阿波羅10號，曾經達到39897km/h的速度，換算一下就是11.08km/s，那麼以這個速度奔向南門二（Alpha Centauri，距離太陽系最近的恆星系），也要······120000年！額······，究竟還想不想看《名偵探柯南》的結局了？

圖片組合自Alpha Centauri
這還沒完呢，星際旅行中，推進器燃料才是最大的問題，因為動量守恆sucks！
而我們知道，最大速度與火箭排氣速度、燃料質量和飛行器質量有關，換言之，就是依據齊奧爾科夫斯基火箭方程（Tsiolkovsky rocket equation）：

排氣速度（exhaust velocity）實際上跟引擎的性質有關，選擇不同的引擎，不同的燃料，其排氣速度可以從幾千到幾百萬米每秒不等，這裡有一個引擎列表網站，大家可以一覽：Engine List - Atomic Rockets
長征五號起飛的質量大概是869噸。如果你想要在人類生命的有限時間內達到南門二，那麼航行的速度至少要達到光速的10%，把數據帶入一算，你會發現，呵呵，所需要的燃料質量有這麼大：

比可觀測宇宙（~10^53kg）還要大！顯然是不可能的了。
所以這有一種解決方案，裝載數量較少、但能量密度很高的燃料來推進達到10%的光速：

沒錯，這就是第二種恆星際旅行方案：Fusion！

2.核聚變動力型（Nuclear Fusion）
為什麼不試一試直接在飛行器尾部不斷引爆核彈，然後依靠爆炸來推進呢？這個概念其實早就有了，美國的獵戶座計劃（Project Orion (nuclear propulsion)）的核心宗旨就是利用核彈引爆推進：

This fabled technology converts the impulses of small nuclear detonations into thrust.
The small shaped-charge bombs each have a mass of 230 kg (including propellant) and a yield of a quarter kiloton (1 terajoule). The fissile material is curium 245, with a critical mass of 4 kg, surrounded by a beryllium reflector. The soft X-rays, UV and plasma from the external detonation vaporize and compress the propellant to a gram per liter, highly opaque to the bomb energies at the temperatures attained (67000 K).

引自Engine List - Atomic Rockets
在上世紀50年代的後期，弗里曼·戴森和泰德·泰勒等人就這個項目煞費苦心，但是沒辦法，1963年的《部分禁止核試驗條約》（Partial Test Ban Treaty, PTBT）直接中止了這個項目，合約中明確說明了不能在外層空間包括大氣層、外太空進行一切核試驗有關的活動。

圖片來自Project Orion
但是讓我們假設，人類的生存條件危在旦夕，不得不使用這項技術了，並且現代的熱核裝置已經足夠先進。把星際戰艦總質量的3/4都騰給300000顆當量1兆噸的氫彈，並在1個月內逐次逐個地引爆這些核彈，以1g的加速度來加速至光速的10%。

這樣我們就可以在44年內到達到達南門二嘍，假設我們不需要減速下來的話。實際上，高速航行的減速一直是很大的難題，一般需要使用一半的燃料進行減速，所以就意味著實際裝載的燃料只能提供到5%的光速，不過那也沒關係，還是可以在90年內完成這個單程的旅途。也就是說，需要三代人在星際戰艦上的傳承，並保證星際寶寶能安全的出生和成長。

圖片來自space babies
對於核彈的建造，我們早已不再陌生，其他部件不管難度如何，都不會阻攔這項科技成為目前為止，在短期內最為可行的方案。
在未來，當具有更加複雜的磁性限制以及防止等離子體不穩的控制方案提出後，輕小型的核聚變反應堆就有可能發明出來，進一步提高比衝量、效率，減少燃料載量，比如·······

Option A——代達羅斯計劃（Project Daedalus）

代達羅斯計劃是英國星際學會在1973至1978年之間倡導的研究計劃，考慮使用無人太空船對另一個恆星系統進行快速的探測。其技術就是運用核聚變火箭推進，並且只要50年，在一個人的有生之年內，就可以抵達另一顆恆星。巴納德星（除南門二之外距離太陽系第四近的恆星，公元11800年時，會距地球僅3.85光年，那時它就會成了除太陽以外離地球最近的恆星）被選擇為其中一個主要的目標。

圖片來自Project Daedalus

雖然是一個無人探測器，代達羅斯卻重達5.4萬噸，相當於半艘尼米茲級核動力航空母艦的質量，其中燃料的質量達5萬噸，科學儀器質量只有區區的500噸。因為實在太大，所以這個探測器將在地球軌道上建造。代達羅斯探測器是個兩級的飛行器，第一級工作2年，把它加速到光速的7.1％。之後第二級工作1.8年，把它加速到光速的12％，然後關閉發動機，在茫茫太空中巡航46年，最後到達目的地。因為在太空中要經受住極低溫的考驗，探測器外殼大量使用了鈹，使飛行器在低溫中仍然能保持結構強度。

引自Project Daedalus

Option B——慣性約束聚變（Inertial confinement fusion，ICF）
因為我的專業不是高能物理方向，把話語權暫時轉給wiki吧：

慣性約束聚變是一種核聚變技術，這項技術利用激光的衝擊波使得通常包含氘和氚的燃料球達到極高的溫度和壓力，來引發核聚變反應。

以激光進行慣性約束聚變的圖解。藍色箭頭代表激光；橘色代表固態球狀核燃料向外爆裂的力量；紫色代表因激光熱能而產生向內的慣性作用力。
1. 激光光束，或是以激光產生的X光，快速加熱燃料球表面，在周圍形成等離子體。
2. 燃料核因為表面爆裂產生向內的反作用力，遭到擠壓。
3. 當燃料核的密度比鉛還大二十倍，溫度到達100000000 ?C，進入最後階段。
4. 壓縮後的燃料核，產生的熱量快速向外放射，發散的能量是激光光束加在燃料球上的數倍。

引自Inertial confinement fusion

Option C-可變比沖磁等離子體火箭（Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket，簡稱VASIMR）
這種火箭其實是一種電磁推進器，利用無線電波電離並加熱推進劑，同時載入一個磁場來加速產生的等離子產生推力：

圖片來自Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
VASIMR最早是被定位於空間託運用途，一般用於軌道轉移交通工具。使用VASIMR加速後託運力可以達到34公噸——從低地軌道到低月軌道而只需要8公噸的氬氣推進劑，而普通的化學火箭則需要60公噸的液氧-液氫推進劑。
使用高速檔的VASIMR，其排氣速度可以達到驚人的294000m/s。2004年，NASA Johnson Space Center的Advanced Space Propulsion Laboratory就寫了一篇小科普，大家有興趣可以去看看：http://web.mit.edu/mars/Conference_Archives/MarsWeek04_April/Speaker_Documents/VASIMREngine-TimGlover.pdf

但是，聚變只能把不到1%的靜質量轉化成能量，如果我們能做到接近100%呢？
這就是我們要談的另一種選擇·······

3.反物質引擎（Antimatter Drive）
反物質和物質一旦相遇，就會相互吸引、碰撞而100%轉化為光並釋放出的巨大的能量，這個過程叫做湮滅。如果把它們用作燃料，則能源效率極高無比。

圖片來自antimatter annihilation
舉個例子，10g的反物質引擎，可以讓我們在1個月內到達火星

不過，最大的困難是收集、撲捉和保存反物質。我們都知道，反物質無法在自然界找到，要有的話也是稍縱即逝的短暫存在，比如放射衰變或者宇宙射線等影響。即便人們可以在實驗室內製造出反物質，又或者在粒子加速器里合成，但也是非常緩慢而且造價及其昂貴，一次只能得到少量的反質子，到不了那種可以航行到恆星的千克級別。
假設我們能達到量產反質子的水平，比如達到現在產能的100萬億萬億倍，那麼反物質火箭（更特定地說是π介子火箭）就有可能成為一種選擇了：

圖片來自antimatter rocket
讓質子和反質子進行湮滅，你會得到帶電的以近光速移動π介子（charged pion）。再載入磁場後，這些π介子就可以提供推進力，它所能提供的能量密度是最優化的核聚變火箭的50倍之多。那麼，降低燃料的裝載量意味著星際戰艦的最大速度只取決於夾帶的反物質總量。
於是50%的光速就成為了可能，這樣我們到南門二的旅途只要花費10時間。再進一步，逼近80%的光速也是有可能的，而這將會是非常棒的一種嘗試，因為時間膨脹效應得到顯著加強，以宇航員為參考系：

只需要3年零三個月的時間。

火箭和推進器的設想確實非常酷，但如果我們根本就不需要裝帶推進劑呢？如果我們能「帆航」至別的恆星呢？
下面就是基於這個理念的另一種星際旅行設想······

4.光帆（Light Sail）
光帆，顧名思義，跟普通帆船不同的是，它們依靠不是普通的風力而是由光組成的「光風」。
現今大多數關於光帆的設計都是用在太陽系內巡遊的探測器，比如來自行星協會的Bill Nye等人合力推動的「Light Sail Probe」項目，這個項目的目的就是利用太陽的光線進行推進而不用裝帶任何的化學燃料。因為太陽發出的光子本具有能量和動量，所以藉助這些光子的反射，光帆可以得到推進加速，雖然反彈的動量較小，但卻是可持續的。
我摘兩段話出來，大家看看：

Instead of converting the Sun"s energy to usable electricity like traditional solar-powered space vehicles, a fully functional LightSail will coast on the sun"s rays, moving its sail to and fro to make sure the solar radiation is constantly propelling it in the direction it wants to go. In other words, it surfs through space without burning fuel.

引自Bill Nye"s first LightSail probe to launch Wednesday

Solar sail spacecraft capture light momentum with large, lightweight mirrored surfaces—sails. As light reflects off a sail, most of its momentum is transferred, pushing on the sail. The resulting acceleration is small, but continuous. Unlike chemical rockets that provide short bursts of thrust, solar sails thrust continuously and can reach higher speeds over time.

引自LightSail | The Planetary Society
這是一張光帆1號於2015年6月8號在地球同步軌道上拍攝自己的「帆布」的一瞬間：

圖片來自LightSail | The Planetary Society
但這樣的尺寸只是典型的無人飛行器設計形態。
如果我們想要載人風帆呢？如果我們採用不同的材質和光源呢？
設想一種風帆的帆布上是由長和寬約一公里的藍寶石（Sapphire）鋪展的塗層覆蓋，通過巨型的空間激光射線推進引航，而這種激光的爆波能量相當於100個核電站之多！

選用藍寶石（藍寶石是剛玉寶石中除紅色的紅寶石之外，其它顏色剛玉寶石的通稱，主要成分是氧化鋁——Al2O3），是因為其具有高反射、熱絕緣等絕佳的性能。
想像一下，建造在月亮之上大型He-3反應堆或者圍繞太陽軌道的大型太陽能板激發出的光線：

因為我們並沒有裝載任何的燃料，所以風帆的最大速度只取決於激光的能量、激光的瞄準程度以及帆布的大小。
射線的有效距離越長，所獲得的速度也就越大，達到10%的光速或者稍微更大一些是有可能的。
當然了，在目的地減速又是一個很大的問題。有人提過用目標恆星的stellar wind（恆星風）來減速，不過也是難度很大。儘管如此，在不斷擴大光帆尺寸之後的載人，以及能超過10%的光速的可能確實令人無限嚮往。

最後一種，可能最酷炫、也許最作死、但卻最碉堡的是······

5.黑洞引擎（Blackhole Drive）
或者按照科幻小說——Schwarzschild Kugelblitz（史瓦西球形閃電）

圖片來自Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole

Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole這篇文章花了一大段講這種科幻技術，太長了。
我為大家摘一段維基上的介紹：

In theoretical physics, a kugelblitz (German: "ball lightning") is a concentration of light so intense that it forms an event horizon and becomes self-trapped: according to general relativity, if enough radiation is aimed into a region, the concentration of energy can warp spacetime enough for the region to become a black hole (although this would be a black hole whose original mass-energy had been in the form of radiant energy rather than matter). In simpler terms, a kugelblitz is a black hole formed from energy as opposed to mass.

引自Kugelblitz (astrophysics)
簡單來說呢，就是利用人造的黑洞來為引擎提供動力。這種黑洞不是產生於質量，而是來自於光。
根據愛因斯坦的廣義相對論，足夠高能量密度的激光束匯聚於足夠小的一個區域，可以扭曲這個區域的時空構造產生一個奇點——Kugelblitz（在德語中由球形閃電的意思），這是一個單純由能量激發而成的黑洞。一個正好尺寸的黑洞可以提供巨量的霍金輻射，如果尺寸越小，輻射越快，壽命也越短，尺寸太大，輻射則過慢，同時也很難幫助星際戰艦提速更不方便夾帶。

根據視頻里的計算
一個質量 $6 imes 10^{8} kg$ 的黑洞（相當於兩座帝國大廈的重量），其尺寸只相當於一個質子，而這樣一個黑洞可以達到 $1.6 imes 10^{17} W$ 的輻射功率！相當於全球總能量消耗的10000倍！

這個黑洞會在三年半輻射殆盡，假設我們能提取大部分的輻射，這樣的功率能在20天內幫助星際戰艦提速至10%的光速，在三年半的時間內也許能加速至70%的光速。毫無疑問的是，這個技術將會比其他任何一項科技都要快，都要酷。但唯一的缺陷就是，製造出黑洞的激光功率需要比黑洞的功率還要大，因此對比其餘技術，這也是離我們最遠的最遠的科技。

中場休息一下

我們來算算實際情況，根據大型強子對撞機（Large Hadron Collider）的數據，目前為止最強力的質子質子對碰實驗能釋放出~13TeV的能量，如果我們把這些撞擊的能量轉化為黑洞，那麼根據質能方程：

我們可以大致算出這個黑洞的質量為 $2.3 imes 10^{-20} g$
根據公式：

可以大致算出這個黑洞的史瓦西半徑為 $3.4 imes 10^{-50}m$ ，小到沒有普朗克長度
如果你相信霍金輻射（Hawking radiation）的話，會有：

你會發現，這個集合我們目前為止最強力的對撞實驗所釋放的能量所可能製造的黑洞，其存在時間只有，呵呵呵， $1 imes 10^{-84}s$
什麼概念呢？宇宙大爆炸理論中的暴漲時期（Inflation (cosmology)），大家知道吧

截圖來自https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs
其持續時間只有 $10^{-35}s$ ！比暴漲還要短的多的多的多

辣么，不說別的，如果我們能弄到史瓦西半徑接近普朗克長度的黑洞呢？
普朗克長度= $1.616199left( 97 ight) imes 10^{-35}m$
那麼我們可以算出這個黑洞的質量M大約為：

如此，根據霍金輻射，這個黑洞的壽命呼之欲出：

已經接近暴漲時間了

豁出去了，再把數量級增大15個點，如果能弄到 $10^{-20}m$ 級別的史瓦西黑洞囁？
我們來看看這個黑洞的質量M：

打開霍金輻射，出招後得到：

壽命可以有7個小時左右
下面我們來算算這個黑洞在一開始時的溫度：

這是一個非常高的溫度，非常非常燙！而如果把這溫度變換成能量的話就是1.6TeV!這也就意味著霍金輻射出的粒子不僅僅只有光子了：

圖片來自Electromagnetic spectrum
除了高能伽馬射線外，還能輻射出正電子-負電子對（positron-electron pairs）和質子-反質子對（proton-antiproton pairs）。
那麼黑洞輻射出的功率能有多少呢？大家看看：

這個功率水平大約是全世界2010年平均電力消耗的 $3.72 imes 10^{6}$ 倍!

那麼我們離目前可能出現的最小黑洞還有多長的道路要走呢？
首先，定義一下這個所謂的「最小黑洞」：當你把一個普朗克質量限制在一個普朗克體積所獲得的黑洞。
然後，我們看一下LHC的13TeV這個數據。需要多少個質子的撞擊來完成這個能量的需求呢？

LHC現在有2808束質子流，每束有 $1.15 imes 10^{11}$ 個質子，一共就是 $3.2 imes 10^{14}$ 只質子，而這些僅僅是一個普朗克質量黑洞所需能量的34%，意味著至少需要三台大型強子對撞機同時工作同時釋放所有的質子流才能夠達到最小黑洞的能量需求，然後我們還得把這些能量壓縮到一個普朗克體積（ $4 imes 10^{-105} m^{-3}$ ）中去來完成這個最小黑洞，完全不可能！更別提這個黑洞幾乎在瞬間就蒸發光的事實了。

小結：
上面講了5種未來的星際旅行方式，大家在看過我的答案後，覺得哪種是最快的航行方式呢？哪種又是最為實際最為可能的呢？

老實說，如果我們必須要在極短的時間內移民或者殖民成為跨星種族，那麼我選擇核聚變動力型飛船，比如獵戶座計劃的設計。我們至少擁有核彈技術，要做的只是增加現有基礎的200倍核儲備，當然這個絕對違反《部分禁止核試驗條約》。
即便最新的核聚變技術可能離我們至少50年之遠，但聚變型引擎相比其他技術要更加的可持續。假設我們現在就嘗試這個計劃發射飛船的話，人類會在22世紀的後半葉登陸南門二。
反物質引擎和球形閃電黑洞推進器，它們還在遙遠的未來。如果曲速引擎失敗的話，它們會成為最有可能的替代品——讓人們以相對最為接近光速、最純粹的時間膨脹和尺縮效應的體驗在銀河系遨遊。
如果我們沒有人類火種的重任在肩，那麼光帆技術值得一試。我們可以遠洋第一艘光帆運載型無人探測器至南門二。從發射之日起不減速，需要45年的時間，再花個4.5年來接受信息。當然，載人光帆離得還很遠，但是完全可行。
所以，人類的第一次星際旅行可能就會在光帆和聚變引擎之間的勝者上出現，但不管是哪一種，都會如史詩一般，眾人傳唱。
你最認可哪種呢？

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
不知道大家注意到沒有，上面突然提到了曲速引擎，喜歡科幻的親們應該不會陌生，這裡專門劈出一段聊聊：
說曲速引擎就不得不說一下米格爾·阿庫別瑞先生，這位墨西哥物理學家率先提出了阿庫別瑞度規（Alcubierre drive）

圖片來自Miguel Alcubierre Warp Drive
阿庫別瑞同時也是一位科幻迷，非常喜歡電影或文學中超光速的概念（Faster Than Light，簡稱FTL），受到星際迷航（Star Trek）系列作品的啟發，他決定進行一番探索，並吸納了金·羅登貝瑞的「Warp」概念，於是給他的阿庫別瑞度規起名「Warp Drive」，直譯或來就是「曲速引擎」
啥也不說了，直接上人家的大作吧：

截圖來自https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0009013v1.pdf
1994年的時候，阿庫別瑞發表了這篇名為《The warp drive: hyper-fast travel within general relativity》的文章，就像在上面的截圖中的摘要部分看到的，這是一個建立在廣義相對論框架範圍內的度規。
換句話說，阿庫別瑞先生用愛因斯坦理論的數學語言構建了一個曲速場。
而其中一個愛因斯坦廣義相對論方程的解，允許了FTL的存在。
首先，需要說的是這個解並不違反我們認知的物理法則，並不違反宇宙速度極限的原理。我們知道，光速涉及到物質（things），具體一點就是質量（mass）、能量（energy）和信息（information）：

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM
廣義相對論並沒有限制時空中兩個獨立點之間的相對速度，最明顯的例子就是我在之前的答案中為什麼宇宙的年齡是 130 億年，而我們卻能看到 470 億光年遠的東西？ - 土豆泥的回答講到的，根據哈勃常數，距離我們460億光年之遠的可觀測宇宙的邊界上的點正在以 $9.57 imes 10^{8} m/s$ 遠離地球上的觀察者（觀察者的參考系），即便二者在自己局部的參考系內都是靜止的，但是這個「速度」也已經妥妥的超了光速：

另外，在一個黑洞的視界（event horizon）以內，時空像瀑布一下由視界超光速傾瀉而下直至中央奇點，順帶著一切光、物質和猴子等等：

忽略上圖的比例尺。
本質上，質量能量告訴我們時空如何扭曲，但是只要你足夠喪心病狂，你可以自己塑造一個不涵蓋真實的質量能量分布的廣義相對論場方程的解，這就是阿庫別瑞所做的。

大家看這一段：

利用廣義相對論的（3+1）模式，時空可以用常數坐標t來表示為類空超曲面的葉片狀結構，所以阿庫別瑞度規的廣義形式為：

上式中， $alpha$ 是遞減函數，代表的是相鄰超曲面之間的固有時間間隔； $eta$ 是位移矢量，將不同超曲面空間坐標系統聯繫起來； $gamma_{ij}$ 是每個超曲面上都具有的正定度規。
然後他定義了以下兩個函數：

特別的，給出另一個函數f：

其中，R和 $sigma$ 分別為大於零的任意參數
然後他給出了這種特殊形式的結構：

本質上，這是一種描述平直、優美的時空被一張由極度扭曲的曲線構成的泡泡包裹起來的度量張量，像這樣：

圖片來自Miguel Alcubierre Warp Drive
這種曲速泡泡使得飛船（2）後方的時空（1）擴張，前方的時空（3）收縮，結果就是，飛船不斷地被時空反覆推拉，以一種只受限於時空扭曲強度的速度前進，在這個泡泡中的星際戰艦就像被時空夾裹著前進，自身都感覺不到加速。這有點像製造時空特質的傳送帶，相對於傳送帶，你是靜止的，但是傳送帶卻以超過光速運行。

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM
但是這其中最大的問題是，你通過這種特殊形式的度規，一個4-速度垂直於超曲面的觀察者會測量到這個：

這是一個帶有負值的能量密度。
熟悉不，看過蟲洞科普的童鞋們應該會知道負能量密度。

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM
可惜的，現在並沒有辦法實現負能量密度的大量化，我們可以通過卡斯米爾效應量子級別的製造負壓，但在宏觀條件下，你可能需要某種奇異物質。

在物理學中，異常物質（英語：exotic matter）指的是與普通物質不同，具有奇異特性的物質的統稱。異常物質有以下幾種：

假想的具有反常物理性質的例子，例如具有負能量者，它們可能打破已知的物理定律。

未確認的假想粒子，如奇異重子，其性質以既有的物理學看來可能並不奇異。

極端的物質狀態，如玻色-愛因斯坦凝聚，這類物質完全符合已知物理定律。

物理學中所知甚少的物質，如暗物質。

引自Exotic matter
很遺憾，現代物理還木有發現奇異物質。

曲速引擎的設想還有一些其他的小問題：
1.任何超光速的裝置在原則上都可以被用來被製造時間機器，但是斯蒂芬·霍金在1992年的論文中提出的時序保護機構/機制（Chronology protection conjecture）闡釋物理定律不允許宏觀尺度的時間旅行，由此避免時間悖論。

It seems that there is a Chronology Protection Agency which prevents the appearance of closed timelike curves and so makes the universe safe for historians.
似乎有一個時序保護機制，防止封閉類時曲線的生成，從歷史學家手上保護了宇宙的安全。

引自Chronology protection conjecture
霍金這種設想的更深層理念植根於廣義相對論和量子力學的交集部分——萬有理論（Theory of everything）禁止了曲速引擎的出現。
一種可能出現的量子災難就是（曲速場）這種極端的尺度會造成內部結構被霍金輻射嚴重傷害：

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM

2.另一個問題就是，假設你能製造出負質量物質，要凝練出曲速場，部分的負質量物質需要被擴散到曲速泡的外圍，而這就意味著，當你以曲速前進時，這部分粒子就會被甩到後面。

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM

3.還有一個問題是，當談及曲速引擎時，阿庫別瑞說道需要很多的負能量，實際上，這需要的負能量已經超過了可觀測宇宙中的正物質能量的總量，後續的精修計算表明，所需的負質量數值相當於一個木星的重量：

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM

曲速引擎基本上也Game Over了，但是這也是人類智慧的一個結晶，不是嗎？
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

不過，即便人類發展出了未來恆星際超級旅行方式，達到了無限接近光速的水平，宇宙中仍然有太多人類無法觸及到的空間、恆星、行星、星系等等。銀河系就像被困在水晶球里的小物體一樣：

圖片來自https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs

我們看看Kurzgesagt – In a Nutshell（視頻地址：https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs）是怎麼介紹這個概念的？我就簡單摘抄幾段：
這是我們的銀河系：

裡面盤踞著數千億顆恆星，氣雲，暗物質、黑洞、中子星、行星，在星系中央有著一個超大質量黑洞，看起來挺稠密的，但是期間大量都是一無所有的空間（量子漲幅後面會說）。
銀河系並不孤單，它與仙女星系和五十多個矮星系組成了「本地星團」的一部分——一個直徑一千多萬光年的區域，而「本地星團」只是「拉尼亞凱亞超星系團」中的一員，有百萬個與「拉尼亞凱亞超星系團」相似的超星系團構成了我們的可觀測宇宙。
然而，「本地星團」已經是我們能夠觸及的最遠界限

儘管「本地星團」很大，但實際上，它只佔可觀測宇宙的

zero point zero zero zero zero zero zero zero zero zero zero one percent（大家快來跟我一起念）

為什麼我們無法觸及更遠的區域？
這個跟真空的本質有關，在宇宙空間中，並不是一無所有，而是處處存在著量子漲落（Quantum fluctuation）：大量的粒子與反粒子相互吸引，時刻湮滅，時刻出現。

在宇宙大爆炸之後，在瞬間發生的暴漲時期內，所有的這些量子波動也同樣的被拉伸了，導致剛開始的亞原子距離變成了現在銀河系一般的規模，充滿了高濃度和低濃度的區域，在暴漲之後，引力重新將萬物捆綁在一起，但只是在小規模範圍內，在大規模上，厚密的區域就發展為了「口袋宇宙」，漸漸成長為星系群落，而引力也只在「本地星團」里有作用。

但是為什麼我們無法從一個「口袋」里旅行跑到另一個「口袋」中去嗎？

因為暗能量讓這個事情變得複雜了，大約67億年以前，宇宙中開始充斥著暗能量，暗能量可以理解為是一種無形的力，導致了宇宙的加速膨脹，我們不知道暗能量是什麼，但我們可以清楚的知道它的後果。

在早期宇宙里，本地星團中有大型的「冷點」，後來增大到數千星群的星系，儘管我們被很多事物包圍著，但沒有一個結構或者星系會被我們所在的「本地星團」引力所吸引。

所以結果就是，宇宙膨脹的越快，不同組群之間的距離就會越來越大，隨著時間的推移，暗能量會將我們逐漸從宇宙中孤立起來，使得我們最終變得無法觸及到其他星系、星團和群體。

往後，銀河系組將會是百萬計光年開外了，而且更可怕的是，它們永遠都會用難以想像的速度離我們而去，我們可以離開「本地星團」，然後嘗試飛過星際空間，但在黑暗中，我們永遠不會達到任何地方，在某個可以預見的未來，本地星團外的星系將會是那麼遠，它們會變得難以觀測到，因為只有少量的光子可以達到我們這裡，而這些光子的波長會變得無法檢測。

一旦這種情況發生，則沒有任何從外界的關於本地星團的信息達到我們，宇宙會從視野中消失，會從360度看起來都變得黑暗空曠無比，未來的人類，會覺得宇宙中只有他們自己，他們將不能夠看到宇宙背景輻射，他們也可能不知道大爆炸發生過。

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
不過，還有一些想說的
250年前，風帆和馬力還是當時最快捷的旅行方式
120年前，飛行還只是鳥類獨有的天賦
70年前，超音速的無槳型飛行器就是個笑話
40年前，機器型火星車在火星表面上拍照被描述成白日夢
20年前，在彗星上降落無人探測器屬於童話範疇
儘管我們曾犯下過無數恐怖的罪行和無恥的行徑，但我們還是在不斷的進步。在地球上一個陷阱接著一個陷阱突破，月球上岩石海洋中一塊接著一塊踩過，這期間我們經歷了兩次殘酷的、災難性的戰爭，一次擦肩而過卻有可能將人類歷史結束在緒論章節的「冷戰」後，在一個世紀里建立了地球同步軌道的空間站和實驗室。
要我說，我們還沒完，在座的大多數包括我可能無法經歷到人類恆星際旅行時的那抹燦爛，無法體會到接近光速時的恢弘藍移、時間膨脹、尺縮重增的體驗，看到未來充滿喧囂的銀河系，下一個愛因斯坦可能還在襁褓之中，打開恆星旅行鑰匙之人可能也還未出生，但那又何妨呢？進步本就是積少成多的嘛

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
如果大家跟我一樣喜歡恆星的話，不妨看看我的幾個回答：
太陽在變成紅巨星之前（逐漸變熱，外圍膨脹到地球軌道），人類有什麼辦法迴避，並生存下來？ - 土豆泥的回答
未來一百年，可能出現哪些改變世界的發明？ - 土豆泥的回答
如果太陽停止發光發熱，人類將用何種方式生存最長的時間？ - 土豆泥的回答
為什麼星星那麼多卻照不亮地球？ - 土豆泥的回答
太陽是什麼顏色？ - 土豆泥的回答
參考文獻：
維基百科型：
Proxima Centauri
Radioisotope thermoelectric generator
Tsiolkovsky rocket equation
Project Orion
Project Daedalus
Inertial confinement fusion
Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
Kugelblitz (astrophysics)
Large Hadron Collider
Hawking radiation
Inflation (cosmology)
Alcubierre drive
Exotic matter
Chronology protection conjecture
Quantum fluctuation
youtube視頻型：
https://www.youtube.com/watch?v=EzZGPCyrpSU
https://www.youtube.com/watch?v=ZL4yYHdDSWs
https://www.youtube.com/watch?v=94ed4v_T6YM
科研論文型：
http://web.mit.edu/mars/Conference_Archives/MarsWeek04_April/Speaker_Documents/VASIMREngine-TimGlover.pdf
https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0009013v1.pdf
科普文章型：
Spacecraft escaping the Solar System
Space Today Online -- The Pioneer spacecraft still are outbound
Engine List - Atomic Rockets
Bill Nye"s first LightSail probe to launch Wednesday
LightSail | The Planetary Society
Kugelblitz! Powering a Starship With a Black Hole
https://www.quora.com/Interstellar-travel-Should-we-just-accept-the-fact-that-were-not-leaving-our-solar-system

個人youtube推薦：
兩大科普型頻道：
Kurzgesagt – In a Nutshell
PBS Space Time
知乎科普型作者推薦：
@Mandelbrot
科普博客推薦：
Wait But Why
天文學趣味知識：
@劉博洋的微信公眾號"天文八卦學"（現在更新較少了，但是內容都不錯）

我一直覺得，恆星際殖民比脫離行星生存技術難度高的多。

就是說在我們能夠實現恆星際殖民之前，我們就已經不必生活在行星上了，行星將成為一種礦藏。由於引力大坑的存在，除了必要的職業，不會傾向於住在這些礦阱里。

就像現在的我們仍然嚮往田野草原大漠海洋，但是更多還是傾向於在城市建設一些「親近自然」的公園，然後生活在城市集鎮。當然一些土豪可能也會住在「交通不便」的行星表面的。

等到能夠走出太陽系的時候，行星是否在「宜居帶」或者表面什麼樣的氣候什麼樣的面貌，已經完全不重要了。當然一些特別符合審美的行星或許會有一定商業價值，被財大氣粗的開發商開發成旅遊度假別墅區之類的。雖然那個時候人類應該已經能夠輕而易舉的製造出任何景觀，但是「天然」永遠是差異化市場戰略里最吸金的策略。

關於推進技術， @土豆泥的回答已經很詳細了。這裡我來談談其他的問題。

在宇宙空間中，我們面對的是動輒以光年計算的遙遠目標。即使我們想像的那些充滿科幻色彩的推進技術能夠實現，也無法避免幾百年甚至上千年的漫長旅程。而在整個飛船系統中，最為脆弱和麻煩的部分，當然就是飛船上的人了。怎樣維持一個合理的生存甚至繁衍的環境，我們面臨很多選擇。而這些選擇，決定了飛船的類型。

處理這個問題最簡單的方法就是：無人探測器。現在正在飛離太陽系的旅行者1號和2號探測器就是典型的例子。擺脫了人類這個大麻煩，探測器的尺寸可以大幅度降低。如果採用納米技術，探測器可以縮小到一粒塵埃大小，製造成本和發射能量顯然會比大型的載人飛船低得多。然而，這樣的納米級探測器很容易受到磁場偏轉或被微型隕石損壞，所以用巨大的數量來彌補損失。加來道雄（Michio Kaku）曾設想過數以萬計的這種智能塵埃鋪天蓋地的飛向遙遠的恆星，看上去就像一團雲霧。

現在的技術還無法製造塵埃大小的太空探測器。前一段時間的熱門話題，「突破攝星」，計劃製造大量手機大小的小型探測器，從地球上用激光推動光帆，把探測器加速到光速的20%，在20多年後達到距離太陽最近的半人馬座a星。

Announcing "Breakthrough Starshot": Building Earth"s First Starships

然而在很多情況下，尤其是以太空殖民為目的的航行中，搭載人類是不可避免的。這時候，我們可能需要選擇世代飛船（或世界飛船）。你可以把它想像成在太空中飛行的諾亞方舟。對於飛船上的人來說，飛船就是整個世界。他們在飛船上生老病死。經過幾百年甚至上千年的飛行，最終到達目的地的，已經不是當初上船的人員，而是他們的後代。

圖片來自 Generation Ship

要建造這樣一個複雜的系統，其技術難度是可想而知的。它需要為船上的人員提供維生系統，包括空氣，水和食物等等，並且必須穩定地運行上千年。然而，同樣不容忽視的還有生物和社會問題。為了防止在飛船上出生的後代基因逐漸退化，必須保證船員的基因多樣性，這就要求飛船上必須有一定的人口數量。一個簡單的估計是，一次為期兩百年的飛行中，船員數量至少需要160人。如果考慮到可能發生傳染病或其他災難，這個數字就會迅速增加到上萬人。

世代飛船是一個與世隔絕的小社會，而人類的社會結構的變化遠遠快於生物方面的進化。經過幾百年的航行後，船上的人類都已經是第一代船員的很多代子孫。第一代船員對他們來說就像你幾百年前的祖先。不妨回顧一下你的生活在明朝的祖先，想一想他們的價值觀和使命，對現在的你有多大的影響。如果你的感覺是「影響很小」，甚至是「沒有影響」，那麼可以想像，飛船上的人很可能也不會再有那樣的熱情去履行當初祖先的使命。他們甚至可能通過一系列革命，建立自己的理想社會，駕駛飛船，去尋求自己的目標。

科幻小說《太空孤兒》（Orphans of The Sky）就是以世代飛船的社會問題為背景的：在一艘飛船上爆發了叛亂，飛船上的多數船員都死於非命。倖存者的後代已經忘記了飛船最初的使命。少數被稱為「科學家」和「官員」的人統治著飛船，而多數人只是沒有知識的農民。

冬眠飛船是科幻小說非常熱衷的技術。在這樣的飛船中，多數或全部船員處於冬眠狀態，生理活動完全停止。這樣就大大減少了對飛船維生系統的需求，並且可以讓第一代船員經歷漫長的飛行，到達目的地，履行他們的使命。

如果航行的目的是進行外星殖民，我們甚至可以在飛船上攜帶冰凍的人體胚胎。如果有成熟的人工智慧，機器人和相關的生物技術，這樣的飛船可以不用人類船員。飛船到達目的行星以後，船上的機器人首先建立基地，種植食物。一切就緒以後，機器人開始解凍胚胎，孵化第一批人類。

圖片來自The Eagle Has Landed |

這種殖民方式會涉及一些道德和社會問題：它人為的製造了一批生來就沒有父母的孤兒。出生在外星的人類從機器人那裡獲得了最初的價值觀，他們可能會創建機器人告訴他們的社會結構（和地球人類一樣）。然後，他們的社會可能會發生我們無法預知的變化。還有，他們會怎樣看待自己和地球人類的關係呢？

除了飛船本身的技術問題，還有一個必須考慮的問題是：什麼時候出發？由於人類的科學技術不斷進步，先出發的飛船往往會處於一個尷尬的境地：在到達目的地以前被後出發的飛船趕上。比如，旅行者1號已經超過了先鋒10號和11號；如果「突破攝星」計劃成功，那些小型探測器也會很快超過旅行者1號。在地球資源有限的前提下，製造這樣的飛船是十分浪費的。我們應該把資源用於科技研究上，以便開發出更好的推進技術，更快到達星空的彼岸。

這並不意味著我們要永遠等待下去。安德魯肯尼迪提出了一個最優化的等待時間計算公式：

其中，Tnow是如果現在出發，預計的到達時間；t是等待的時間；Tt是等待t以後，使用當時的技術預計到達的時間；r是推進速度增長的百分比。肯尼迪認為，按照現在的的推進技術進步，每年速度能夠增長1.4%。按照這個公式計算，以6光年的伯納德星為例，我們將在966年後出發，在1100年後到達。

Project Orion 核動力飛船（仔細看看下面圖注，左邊依次是適用於月球火星木星土星各個級別任務的飛船，右邊最粗壯的是美國空軍版本）

本質上是在屁股後面連續扔小型核彈，連接尾部圓盤的那些伸縮桿是用來緩衝增加舒適性的。
因為核爆炸在飛船外面，對於「推進劑」的加熱溫度不受到飛船材料限制，對比上面的核動力發動機，比沖會更高。
這種原理下的飛船，到達半人馬座阿爾法星（也就是三體所在的星系，單程不減速）可以限制在133年，需要花費是0.1年的美國GNP，$0.367 Trillion（數據來自wiki）
完整版見
為什麼說「載人登陸火星」在化學能動力時代是不切實際？甚至可以說是戰略欺騙？ - 知乎用戶的回答

計算推平一切
先放結論，在物理學實現下一個突破，工程學實現下N個突破以前，按照常規方法，只能走短途，超過10光年（甚至僅僅是去天狼星（8.7光年）），是不現實的
為什麼這麼說
目前大部分科幻小說中，人類用的燃料是輕核聚變的聚變堆，其動力來源在於熱核反應釋放的大量能量。
輕核聚變反應式：

6D→2He(7.1MeV)+2P(17.7MeV)+2n(16.55MeV)+1.8MeV

考慮到產生的兩個快中子將迅速從反應體系中散逸或被周圍殼體吸收
6個氘核實際將產生26.6MeV的能量，這些能量將產物噴出，假設100%轉換為動能
射流的速度為2.2*10^7m/s，僅相當於7%的光速

這是按照目前的科技樹，我們所能達到的最高速度
這個速度意味著什麼，如果要達到0.6c的情況下
將其代入齊奧爾科夫斯基公式（十分不嚴謹，高速狀況下將產生巨大誤差）
始終質量比m1/m2=exp(0.6/0.07)=5278

考慮相對論，使用阿克萊公式進行計算
m1/m2=((1+0.6)/(1-0.6))^(c/(2*0.07c))=19972

這意味著，如果你需要加速到0.6倍光速的話，你的始終質量比接近2w
兩萬噸的全質量，只能拉一噸東西上天
這還完全沒有考慮到核聚變發動機的效率問題
只要效率降低，那麼質量比將以天量增長

而且更嚴重的問題是，0.6倍光速能幹什麼？
到100光年外的旅行，需要走多久？
P.S. 之所以選擇0.6倍光速，純粹是因為好算而已~

但是加速到0.2倍光速，我們還是比較有信心的
因此，比鄰星，我們還是可以走走的
但是我們需要工程學的奇蹟，與第一批吃螃蟹的人們的勇氣

在物理學實現下一個突破的時候，與工程學實現下N個突破的時候
我們註定只能在周圍打轉
回答完畢

文中計算方法與相關數據均來自《星際航行概論》錢學森著
允許轉載，轉載請註明出處，至少請註明來自錢學森的《星際航行概論》

一般不都是這樣么，海洋時代來臨之前，沿海的漁民只能利用獨木舟、小木船做近海的航行，他們主要靠木漿和洋流，後來有了風帆，漁民們用上了季風能到更遠的地方。然而海上有驚濤駭浪，於是他們造了更大的船，有了蒸汽機、螺旋槳，更大的船體和更大的動力保證了遠航的能力。
星際航行也是這樣，一開始，利用太陽能、核能電池做太陽系內的航行，有時候利用行星和恆星的引力進行加速。後來就有了可以附著在流星和彗星上的穿梭機，以及可以附著在流浪黑洞視界邊緣的恆星際穿梭機。後來研製了質能轉化機，以及人工黑洞時間膠囊，使得真正的恆星際航行成為現實。超遠距離星際航行則是製造一次大的能量事件彈射一個黑洞出去。但是這種類型的星際航行仍然費時費力，後來科學家們製造了高維通信網路，通過高維網路傳遞信號，再後來發明了高維物質傳輸協議，可以在原子精度按照信號重構分子和有機體。民眾都通過高維網的解析和再合成進行遠程旅行。再後來宇宙出現了外敵入侵，高維網通信協議被劫持了，在民眾不知情的情況下，宇宙高層紛紛落入外敵控制。後來宇宙民眾都被外敵數字化，有的被投入電子遊戲，有的被刻成黑洞視界光碟用來發售。
只有在作為流放地的偏遠的地球上，由於流放地沒有聯入高維網，地球人還沒有被數字化，他們無憂無慮地生活了許多年，直到有人在一個叫知乎的網站上問了一個問題，恆星際旅行有哪些可行的方式？

世代飛船

首先飛船上要有完全的生態循環系統，這比起還沒影子只存在於科幻的空間曲率啊反物質發動機啊要現實的多。

解決了生存問題就該解決動力問題了，猜想很多，有可控核聚變的，有反物質的，科幻點有空間曲率驅動的。但是目前這些都是科幻。

想像一個古代的王國，他能造連弩能造震天雷，但是他沒發現電和磁，不知道電磁波，不知道物質有分子原子組成，就永遠造不出導彈衛星。人類不知道核聚變的時候，都以為太陽是個大煤球吧。

類似於牛頓定律，電磁感應還是能從生活中發現，實驗並總結出來的。

像相對論這種生活中不能直觀體現，純粹想出來的理論，就已經推動了整個物理學的進步。
那麼問題來了，還有多少對於星際航行至關重要的公式以及物理規律，全人類還沒有一個人想出來呢。假如愛因斯坦沒出現過，再過一百年有人能想出相對論嗎？

所以以上對於未來星艦的設想，有很多都是類似於太陽其實是個大煤球。不過也不等於人類要放棄想像，總有一天能想到的。

向那些推動人類文明的科學家致敬。

謝邀，恆星際航行需要考慮一系列問題
一，動力問題
動力之前的答案已經解釋的很清楚了，簡單來說就是現在和可以預見的將來都無法解決。
二，導航問題
行星際的導航相對於恆星際導航簡直就是幼兒園跟霍金的差距，行星際的軌道計算基本上只涉及到限制性三體問題，但是到恆星際直接就是多體問題了，那麼多恆星的微弱引力，稍微誤差一點點軌道就是天壤之別，（當然，要是dv足夠的話這並不是問題，錯了再改回來就是了，這就又回到動力問題了）人類目前沒有附近星域的詳細引力地圖，也就代表著以人類目前的太空航行手段出了太陽系差不多就是個瞎子。
三，時間問題
嗯，光速，那不可撼動的壁壘。動輒幾百光年的恆星間距離，是目前人類生命不可逾越的鴻溝。。。
四，未知事件問題
什麼暗物質啊，什麼奇怪的射線暴啊，什麼莫名其妙的星際塵埃啊，到底會對我們的飛船有什麼影響現在誰都不知道，我們目前的探測手段也不可能明確這些東西，簡單一句話，太遠了，除非親眼去看一眼。沒人知道星際航行會遇到些什麼。
綜上，如果不考慮什麼蟲洞啊，折躍啊，躍遷啊的不一定現實的黑科技的話，我們需要：航天推進技術的徹徹底底的飛躍，空間觀測技術的徹徹底底的飛躍，人類壽命長度被動的或者主動的徹徹底底的飛躍，以及一大批先驅開路者們無所畏懼的犧牲，我們才有可能實現恆星際的航行

為什麼星際旅行一定要在個體的一生中完成？
為什麼星際旅行要能和地球保持聯繫？
為什麼星際旅行要有百分百的成功率？

人類從非洲走向全球，不知滅絕了多少個部落；人類靠獨木走舟橫渡大洋，十不存一。星際旅行不是什麼酷炫的玩意，只是儘可能保持地球生物圈和人類文明存續的手段。缺的不是技術，而是對外擴張的壓力和意志。

從事長距離星際旅行星際飛船主要分為速度系和時間系。眾所周知，距離＝時間 $imes$ 速度，為了達到光年甚至光年以上量級的距離，無非是增大航行時間和提高航行速度兩種方式。因此分成兩類：

致力於增大航行時間的飛船稱為時間系飛船
致力於提高航行速度的飛船稱為速度系飛船

按照歷史順序來看，人類最先發展的是時間系飛船，然後是速度系飛船。因此我們先介紹時間系飛船。

時間系飛船

1. 早期火星級時間系飛船
速度：16公里每秒
航行時間：航行至火星需要兩年。
動力：化學燃料動力
關鍵技術：主要為了航行至火星而研發。這種飛船的速度不快，16公里每秒，因此需要大量的航行時間，航行至火星大概需要兩年。這種初級飛船隻需要普通化學燃料動力即可。關鍵技術是解決宇航員旅途無聊問題以及可能出現的心裡問題。因此飛船特別配備娛樂艙，內含網路電視、電腦等與地球同步的網上娛樂手段，以及一小塊平台，可用於宇航員打籃球等體育運動。

2. 半人馬座alpha級時間系飛船
速度：可從10公里每秒加速至0.2倍光速
航行時間：航行至半人馬座alpha大致需要100年。
動力：太陽光帆和等離子體推進力混合動力
關鍵技術：這種級別的飛船最初設計時沒有考慮載人，因為沒有克服100年的航行時間這個難題。關鍵技術解決的是飛船動力來源。半人馬座alpha距離地球大概4光年，普通化學燃料無法支持這個長度的航行。科學家們的解決措施是：前期航行階段（在太陽系內）使用太陽光壓作為動力。正如噴射出來的水打在物體上會對物體產生作用力一樣，從太陽發出的光打在物體上也有作用力。這種飛船攜帶兩個巨大的強反射「帆布」狀飛翼，光子打在帆布上，會推動飛船前進。雖然光壓很小，但是由於宇宙間阻力很小，這種推力增速的緩慢積累也可以使得飛船達到客觀的速度。當飛船離太陽越來越遠，光壓基本不起作用，這時候另一種動力就起了關鍵作用：等離子體推進力。這種推進的好處是攜帶「燃料」方便，可以緩慢向後釋放等離子體，雖然產生的向前反作用很小，但是緩慢的積累，最終能使得飛船的速度達到0.2倍光速。

3. 銀河系級時間系飛船
速度：最大0.8倍光速
航行時間：銀河系內飛行，時間在萬年量級。
動力：等離子體推進力
關鍵技術：動力問題上面已經解決。這種飛船可以載人。前期，載人主要是通過冬眠宇航員，但是萬年的航行旅途經常會給宇航員帶來心理和生理上不可逆的傷害，因此這種技術在實行了不久之後便被聯合國緊急叫停。後期，載人主要是通過克隆宇航員。宇航員的壽命在80歲左右，當一代宇航員即將老去的時候，克隆下一代，然後再下一代，一般克隆代數在300代以上。學術上定義了一個x指數：航行一萬光年所需要的最小克隆代數x稱為此類飛船的最主性能指標，x越小，說明性能越好。歷史上此類飛船的最主性能指標最低被降到過295，已非常接近弗洛斯基理論極限。但是這類飛船最後也被有關組織緊急叫停，原因是克隆宇航員技術違背航天倫理道德。各國簽署了著名的《銀河系級時間系飛船不擴散條約》，徹底宣告這種大級別的時間系飛船退出歷史舞台。

時間系飛船最多支撐人類的銀河系內航行，為了更大的視野，人類將發展前景鎖定在了速度系飛船上。

速度系飛船

1. 仙女座大星系級速度系飛船
速度：最大速度約200000倍平時空光速
航行時間：到達仙女座星系約10年
動力：曲率引擎
關鍵技術：曲率引擎。利用特殊物質彎曲時空。曲速引擎技術在宇宙飛船周圍創造出了一種正常時空的人工「氣泡」。實際上就是在通過壓縮前方的空間，拉伸後方的空間來移動的。這項技術是是一項劃時代的成就，理論上無速度上限。這項技術最初試驗只能達到0.174倍光速，後來經過幾十年的發展最終達到了200000倍的平時空光速。技術的關鍵是找到特殊的物質彎曲時空以達到航行要求，但是這項技術由Trumf公司獨家掌握，直到公司倒閉，也沒有人知道這項技術到底是什麼，不過後人猜測這很可能是某種負能量物質。

2. 亞宇宙級速度系飛船
速度：無上限
航行時間：小時級別
動力：製造人工蟲洞，普通化學燃料推動穿越蟲洞
關鍵技術：製造蟲洞。什麼是蟲洞？舉個例子，一張平坦的紙，從一角走到對角，按照正常的思路是走一個對角線，但是如果把紙張兩對角對摺起來，兩點一下子就可以非常近，這時候連接這兩點的最短路徑就是「蟲洞」！事實上你我隨時可以製造在二維空間看來的三維蟲洞！但是要製造在三維空間看來的四維蟲洞就不是那麼簡單了！解決的方法就是大量注入負能量物質，打開空間缺口走捷徑！這種方法融合了廣義相對論和量子場論，是人類又一划時代的成果。可以幫助人類進行亞宇宙級別的航行。

3. 宇宙級速度系飛船
速度：無上限
航行時間：瞬時
動力：保密
關鍵技術：待更（以上摘自《嬰幼兒科普讀物：宇航篇》，7996年1月第一期，如有雷同，純屬巧合。圖片來自網路，侵刪）

正如 @天才琪露諾所分析的，靠目前科學理論發展出的聚變飛船最多也就能完成幾光年內的飛掠探索任務（不考慮減速登陸，更不考慮返航）
如果不是只想飛掠而是要完成減速登陸的過程，就算飛船裝滿反物質能源都做不到。

也許最可行的星際旅行科技路線是乾脆不用飛船:
1 人類擺脫肉體這一物質形式束縛實現「意識上傳」。
2 對目標方向廣播描述及承載你意識的信息。
3 等待別的文明收到信息後把你造出來。

旅行速度光速，無需考慮減速問題，「傳送點」直接就在高科技外星人那避免了探索成千上萬蠻荒星球浪費時間，完美。

瀉藥。腦洞問題隨便扯幾句吧。

星際航行可以理解為狹義的星際交通，也就是可以在星際間的兩地實現互相來往，是可以產生效益特別是經濟效益的交通方式——物流、貿易、當然也可能有戰爭——航行的人去了還能再回來，至少是在有生之年；如果廣義的理解，其實星際航行也包括星際漂流、星際殖民等等，大概是一個意思，也就是不追求航行的短期效益，而只是想辦法擴張生存的空間——航行的人一去不復返，或者整個航行沒有明確的目的地。

從人類目前的科技樹上看，廣義的星際漂流應該算是可以望到圖景的，需要解決的基礎物理學理論已經有了，主要障礙來自於技術方面：可控核聚變和生態循環系統，以及資源方面。一旦實現了可控核聚變，那麼能源問題就解決了，有了人造太陽，就可以圍繞其建立仿地球的生態系統。然後就是資源問題，地球上的可以用來建造實現星際航行的航行器的物質資源有可能是不夠的。當然，正如前面許多答案說到了，就算是有了可控核聚變，航行器的速度也是有極限的，而就算是以近光速航行，對於10萬光年直徑的銀河系來說也是太慢了。不過就算再慢，文明的版圖還是可以擴張的，我們可以用幾百年的時間、幾十代人從一顆恆星擴張到另一顆恆星，然後再向更遠的地方播種，最終花上上百萬年的時間，我們的文明也許就可以走遍整個銀河系了。所以說，實現可控核聚變，人類可以說就算是摸到星際航行的門檻了。

若想實現真正意義上的星際交通，目前來看，我們還看不到任何努力的方向。顯然，在宇宙的尺度下，在光速不可突破的理論體系下，任何往返於星際之間的想法都是不切實際的。這還是只是靜態的考慮，還沒有加入宇宙本身正在加速擴張的因素。不管怎麼說，現有的物理理論基礎給星際交通判了死刑。要想實現星際交通，物理理論必須有質的飛躍，如同從牛頓到愛因斯坦的飛躍。我們需要新的物理理論帶來新的能源，比核能更強大的某種能量，也許是暗物質、暗能量，也許是其他什麼還未發現的能量。新的物理理論是什麼，我們目前也沒有明確的方向，也許是量子物理，也許是弦理論，也許是還沒有概念的某種空間操縱方法。這部分的星際航行方式，就真的只能靠想像了。

現在的媒體啊，就知道宣傳一個開普勒452B……

給你們看看開普勒望遠鏡的非常小的一部分觀測結果，比452B更符合創生條件的行星多得去了！

資料來源於維基百科「開普勒望遠鏡」詞條

謝邀。

很好的問題。抱歉，最近比較忙，只能很簡單的講一講。

簡單的說，從理論上到技術上，恆星際航行都是可能的，特別是只是送無人探測器過去的話。比鄰星（Alpha Centauri）其實並不太遠，4點幾光年而已。能達到光速十分之一的話，40幾年就到了。

具體技術上實現的方法，其實並不需要到曲率引擎或者利用到暗物質、暗能量或者負質量、負能量那麼遙不可及的東西。甚至連可控聚變都不一定需要。

有空展開來講。看看知乎的小編或者 @姬十三有沒有興趣約稿。有deadline會比較有動力。

等我們突破大篩子之後，說不定就可以了。
如果我們能突破的話。

好久沒有回答科幻類問題了。

我覺得在已知技術條件下，使用化學火箭肯定是不行的。核動力火箭也未必能提供足夠的速度，畢竟都要攜帶工質嘛。可能在太陽系內進行加速，然後慣性航行至遙遠的星際空間是有可能的。至於漫長的時間，其實在旅行時真不重要，因為那時候可能人已經不會被現在短短百年的壽命所限制。比如我們的飛船會攜帶具有人類思維的人工智慧呢？

微觀的超距信息通道能夠從理論上建立就行了，但是不知道智子這個東西是不是真的有可能實現，只要能實現，遠程3D列印個人負載著全部個人信息和記憶傳送過去不就行了，當然這要先證偽老愛，所以本質上還是個科幻問題，只能是腦洞

但是說到底還是要要想富先修路，也就是說基建先於旅行本身才有意義，基建之前的開地圖那叫探索，不叫旅行，可以亞光速慢慢來嘛，開了地圖不就有傳送器回城捲軸什麼的了么

A2A
目前人類的計劃是去半人馬座，不過不是載人，是發射納米探測器。看這個問題的回答：
如何評價霍金的突破攝星計劃？ - Zhang Bill 的回答

除此之外，目前的科技，包括可預見未來的科技，都沒有任何希望離開太陽系。這個上面大家都已經說的很好了，我就不贅述了。

我趨向於不可能。我不是說登錄太陽系外最近的星球。而是說發現地外生命不可能。登錄最近的系外星球死磕一段時間或許可以實現。但往返時間太久也沒多大意義。
人類經歷了兩次能量的革命。第一次是萬年前學會了用火，第二次是質能方程。分別代表的是化學能，核能，以及反物質泯滅。
化學能就不用想了，因為燃料自身重量太大，就限制了飛船的續航能力。
聚變，裂變給了人實現最近的系外星球登錄可能。反物質現在理論物理都還沒搞清楚，大規模應用更不要談了。
但我覺得地外生命，絕不僅僅是百光年內可以發現的。
又要說到文明篩子的問題。
我堅定的覺得，九級文明是不可實現的。雖然我是無神論者，但我依然覺得這像是上帝給所有文明製造的一個籠子。這鑰匙他就沒打算給過任何一個文明。