漫谈“卡尔达肖夫文明指数”(中)
  • 来源:科普时报
  • 作者:陈思进
  • 2020-05-21 11:02

 我在上文《(上)》(见《科普时报》2020年4月17日第3版)中写到, 1级文明的火箭将不再使用化学燃料,因为存在着速度限制,而取而代之的是我在《物体的速度可能超光速吗?(上)》中提到的离子推进器、正电子催化核聚变推进器、光子火箭发动机等,可以轻松超越第三宇宙速度。

能量的获取是达到1级文明的一种表现,届时,(1级)文明从0级文明的亚全球化,进化到了真正的全球化,全世界除了会出现一种(以英文或中文为基础的)通用语言,还会出现一种通用货币;并能控制全球的天气,全球暖化、海平面上升等类似话题将无人提及;甚至还能避免进入到下一个冰河时期,而且能极为精准地设定天气。

也就是说,一旦达到了1级文明,就能控制整个地球的能量输出,可以随心所欲的控制天气、河流、土地、生物和海洋,甚至控制地壳物质的变化;人类还将治愈大部分疾病,无惧类似当下肆虐的新冠病毒,寿命将会进一步提升,达到自然寿命的极限,即150岁左右。到了那个时候,人类非但可以进到地球内部,甚至能够飞遍太阳系,甚至对火星和金星进行改造,使之成为地球之外适合人类居住的行星,并开始正式接触外星文明……

不过,加来道雄认为,人类要达到那样的科技水平,预计还需要3000年。

接着,让我们来了解能控制所在恒星的总能量的——III型文明(或称2级文明、恒星文明)。

众所周知,母恒星(如太阳)就是所在星系的最大能量来源,而当1级文明所在的星球、甚至所有行星及卫星都不能满足其文明发展所需要的能源时,恒星就成了他们下一步的能量来源。

1959年,曾任爱因斯坦副手的美籍英裔理论物理学家弗里曼·戴森认为,任何技术文明对能量的需求都是“贪得无厌”、不断增长的,如果人类文明能够延续足够长的时间,有一天必然对能量的需求会膨胀到利用其母恒星(如太阳)“全部”的能量输出。

他认为,届时就有必要建立能够拦截和收集母恒星发出的所有能量的轨道结构,这就是著名的“戴森球”(Dyson Sphere)——利用一种人造巨型结构,完全包裹住恒星并获得其大部分、甚至全部的能量输出,球形直径将超过2亿公里。戴森还认为,这样的结构是在宇宙长期存在,并且能源需求不断上升的文明的逻辑必然。

后来,这个戴森球在科幻作品中大行其道,时有所见,而戴森更成了一个奢侈品牌,如好些小姐姐爱用的戴森吹风机,主妇爱用的戴森吸尘器……

但是,有科学家随即指出,想象一下在太阳系中,因为这个戴森球将比太阳还要大,那就算耗尽整个太阳系的物质,也建造不出这样一个戴森球,更别说太阳巨大的引力,根本不允许这种结构的球体存在!

随后,科学家把戴森球演化出以下几个逻辑上可行的变体:

1. 最接近戴森最初概念的变体是“戴森云”(Dyson swarm),由巨大数目的密集环绕母恒星运行的独立结构(通常由太阳能卫星和太空定居点)组成。这种结构的优势是,组成戴森云的元件可以自由调整数量和设计尺寸,这样便能在长时期内逐步建造,而不同形式的无线能量传输形式可以用于结构之间的能量传递。

2. 第二种是戴森环(Dyson ring)。因为戴森云有其劣势,轨道力学规律决定了戴森云的轨道排布将会极度复杂,最简单的排布方式莫过于戴森环。在这种布置中,使用一系列恒星收集器排成一个圆环,共享同一个轨道,轨道半径为一个天文单位(即从地球到太阳的距离),收集器中心围绕圆形轨道分隔3度均匀分布,这样的结构可以利用到母恒星能量的1%,这个数值已非常惊人了。

3. 第三种为戴森泡(Dyson bubble),它类似于戴森云,由许多独立的结构组成,同样也可以逐步地进行建造,就好似一个虚拟网络一般,通过巨大的承受光压的太阳帆(在《物体的速度可能超光速吗?(下)》中介绍了太阳帆)来抵消太阳的引力。当然,目前来看这种方法还存在很多问题,但对于2级文明来说是有潜力做到的。从理论上来说,如果造出并围绕母恒星部署足够数量的太阳帆卫星,那么就能组成一个非固定的戴森球。

4. 第四种是戴森壳(Dyson shell)。其实,在科幻小说中经常提及的戴森球就是这种变体——一种环绕恒星的均匀壳体。戴森壳的结构能够100%拦截恒星的能量输出,从而完全改变中心恒星的光线发射。如果其表面能够居住人类的话,它能够为设想中的人类定居点,好似一个小型的城市,因具备取之不尽的能源,可提供人类完美的活动空间。

当然,上面几种戴森球的变体都有这样那样的问题,而它们之中,戴森泡是最有可能在未来实现的,它的优点在于其结构,既避免了受到巨大压力影响的缺点,也不必达到固定结构的戴森球所需要的超大质量,同时还可以吸收到母恒星的大部分能量。不过,其缺点是这种结构和固定结构的戴森球一样具有光学和热力学的特性,如收集器最有可能由重元素制造而成,这在恒星的光谱里并不常见,就很可能会被其他宇宙文明通过类似的方式探测到,这让我不禁想起科幻小说《三体》……

因篇幅有限,其他问题就不一一赘述了。

最后顺便提一下,弗里曼·戴森在2月前(2月28日),和爱因斯坦一样,在美国新泽西普林斯顿去世,享年98岁。

下文将接着谈3级文明,即星系文明。

(中) 

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