當人類達到宇宙二級文明時,就一定會建造「戴森球」嗎?

如果有人問起,人類在宇宙中是孤獨的嗎?相信大多數人都會給出否定的答案。其實科學界也普遍認為,在浩瀚的宇宙中,應該存在著大量的智慧文明,其中的一部分甚至還可能遠遠領先我們人類文明,而為了更好地描述宇宙中智慧文明的科技水平,科學家還提出「宇宙文明等級」的概念。

回顧人類的發展歷程可知,一個智慧文明的發展總是伴隨著能量的消耗,科技水平越高,能量的消耗量就越大,因此「能量的消耗量」就可以作為一個衡量智慧文明科技水平的重要指標。

早在1964年的時候,天文學家尼古拉·卡爾達舍夫(Nikolai Kardashev)就據此將宇宙中可能存在的智慧文明劃分成了三個等級,并指出宇宙中的一級文明可以掌控行星級的能量,二級文明可以掌控恒星級的能量,三級文明可以掌控星系級的能量。

在接下來的時間里,天體物理學家卡爾·薩根(Carl Sagan)又在此基礎上提出了后來被廣泛采用的「宇宙文明等級指數」的計算公式,即「K = (log10P - 6)/10」(「P」代表智慧文明的功率),據此我們可以得出,宇宙中的一級文明、二級文明和三級文明的功率分別為10^16W、10^26W、10^36W。

相對而言,我們人類的功率大概是 2 x 10^13W,也就是說,我們人類文明只是0.73級文明,距離一級文明還有相當長的一段距離,盡管如此,我們仍然樂觀地相信,在不久的將來,人類應該會達到一級文明,如果再假以時日的話,達到二級文明也不是不可能(至于三級文明,就暫時不要想了)。

然而宇宙二級文明的功率高達10^26W,這就意味著,人類的功率要在現有基礎上提升5萬億倍,才可以達到二級文明的水平。如此巨大的能量從何而來呢?當然就是太陽系中最強大的能量來源——太陽。

要知道太陽占據了整個太陽系質量的99.86%,而太陽的功率則高達3.8 x 10^26W,也就是說,人類只需要能夠收集并利用太陽釋放出的一部分能量,就可以達到二級文明的標準。

這里就要提到「戴森球」了,這個概念由物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)于1960年提出,他認為科技高度發達的智慧文明,必然會大量使用恒星的能量,他們會用某種巨型人造結構將恒星包裹住,并以此來獲取恒星的大多數甚至是全部的能量。

這種巨型人造結構就被稱為「戴森球」,后來常被人們用來當作宇宙二級文明的標志,那麼問題就來了,當人類達到宇宙二級文明時,就一定會建造「戴森球」嗎?

「戴森球」確實能夠以非常高的效率來利用恒星的能量,但問題是,建造「戴森球」是一件極有難度的事情,首當其沖的就是材料來源問題,一個能夠包裹住太陽的人造結構,其直徑肯定得比太陽更大,這無疑需要天量的材料,然而太陽系中的絕大部分物質都是集中在太陽上,這就顯得很尷尬了。

退一步講,就算人類可以找到足夠多的材料,接下來也會面臨很多難以解決的問題,比如說材料本身的強度與持久度,「戴森球」結構的穩定性與耐高溫性能,太陽能量的收集、儲存與傳輸,日常的維護和更新等等。

當然了,所謂的「難以解決」只是對人類現有的科技水平來講的,或許當人類達到宇宙二級文明時,其科技水平已經高得不像話,完全可以解決建造「戴森球」的可能遇到的種種難題。

但即便真是這樣,未來的人類也不一定會建造「戴森球」,因為在科技足夠強大的情況下,人類應該有能力通過比「戴森球」更簡單的方法來大量獲取太陽的能量。

請思考一下,假設有一堆熊熊燃燒的篝火,而我們想要高效地收集和利用這堆篝火的能量,應該怎麼做呢?是在這堆篝火旁邊建造一個能量收集裝置嗎?答案當然是否定的,正確的做法應該是:拿走這堆篝火的燃料,在需要的時候再取出來使用。

按照這種思路,人類也可以取走太陽的「燃料」,并在需要時再拿出來使用,只要取走的「燃料」足夠多,并且有能力將其「點燃」,那同樣也可以獲得巨大的能量。

太陽的能量來自核聚變反應,其絕大部分「燃料」其實就是最簡單的氫原子核,也就是質子,所以只要人類有能力制造出可以在太陽上收集物質的巨型宇宙飛船,并且掌握了基于質子的可控核聚變,那就可以源源不斷地從太陽上獲取到巨大的能量。

盡管這種獲取太陽能量的方式看上去也相當難,但這與建造「戴森球」相比,卻要簡單很多,相信當人類達到宇宙二級文明時,應該是可以做得到的。

值得一提的是,因為輻射層的存在,太陽外層的氫元素并不能進入其核心反應區,也就是說,在太陽的主序星階段,它只會消耗其核心的氫元素,然而就是在這樣一種情況下,太陽的核心的氫元素也要在50億年之后才會耗盡。

為什麼太陽可以「燃燒」這麼久呢?原因就是太陽實在是太大了,根據科學家的估算,太陽的質量大約有2000億億億噸,其中有大約73.46%都是氫元素,如此龐大的「燃料庫」,足以讓人類使用很久很久。

另一方面來講,一顆恒星的質量越大,核心的核聚變也就越激烈,其「壽命」也就越短,以至于宇宙中那些質量龐大的恒星,通常只有短短數百萬年的「壽命」,而那些「長壽」的恒星,卻無一例外地都是小質量的恒星。

可以想象的是,假如未來的人類真的能夠從太陽上直接取走物質,太陽的質量就會隨之逐漸減少,而如果人類在太陽的質量減少到一定程度時就停止的話(大約為太陽原本質量的8%至45%之間),那麼太陽就會演化成一顆「壽命」極長的紅矮星,根據質量的不同,其「壽命」至少都有數百億年,最高則可以達到上萬億年。


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