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当人类达到宇宙二级文明时,就一定会建造“戴森球”吗?

如果有人问起,人类在宇宙中是孤独的吗?相信大多数人都会给出否定的答案。其实科学界也普遍认为,在浩瀚的宇宙中,应该存在着大量的智慧文明,其中的一部分甚至还可能远远领先我们人类文明,而为了更好地描述宇宙中智慧文明的科技水平,科学家还提出“宇宙文明等级”的概念。

回顾人类的发展历程可知,一个智慧文明的发展总是伴随着能量的消耗,科技水平越高,能量的消耗量就越大,因此“能量的消耗量”就可以作为一个衡量智慧文明科技水平的重要指标。

早在1964年的时候,天文学家尼古拉·卡尔达舍夫(Nikolai Kardashev)就据此将宇宙中可能存在的智慧文明划分成了三个等级,并指出宇宙中的一级文明可以掌控行星级的能量,二级文明可以掌控恒星级的能量,三级文明可以掌控星系级的能量。

在接下来的时间里,天体物理学家卡尔·萨根(Carl Sagan)又在此基础上提出了后来被广泛采用的“宇宙文明等级指数”的计算公式,即“K = (log10P - 6)/10”(“P”代表智慧文明的功率),据此我们可以得出,宇宙中的一级文明、二级文明和三级文明的功率分别为10^16W、10^26W、10^36W。

相对而言,我们人类的功率大概是 2 x 10^13W,也就是说,我们人类文明只是0.73级文明,距离一级文明还有相当长的一段距离,尽管如此,我们仍然乐观地相信,在不久的将来,人类应该会达到一级文明,如果再假以时日的话,达到二级文明也不是不可能(至于三级文明,就暂时不要想了)。

然而宇宙二级文明的功率高达10^26W,这就意味着,人类的功率要在现有基础上提升5万亿倍,才可以达到二级文明的水平。如此巨大的能量从何而来呢?当然就是太阳系中最强大的能量来源——太阳。

要知道太阳占据了整个太阳系质量的99.86%,而太阳的功率则高达3.8 x 10^26W,也就是说,人类只需要能够收集并利用太阳释放出的一部分能量,就可以达到二级文明的标准。

这里就要提到“戴森球”了,这个概念由物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)于1960年提出,他认为科技高度发达的智慧文明,必然会大量使用恒星的能量,他们会用某种巨型人造结构将恒星包裹住,并以此来获取恒星的大多数甚至是全部的能量。

这种巨型人造结构就被称为“戴森球”,后来常被人们用来当作宇宙二级文明的标志,那么问题就来了,当人类达到宇宙二级文明时,就一定会建造“戴森球”吗?

“戴森球”确实能够以非常高的效率来利用恒星的能量,但问题是,建造“戴森球”是一件极有难度的事情,首当其冲的就是材料来源问题,一个能够包裹住太阳的人造结构,其直径肯定得比太阳更大,这无疑需要天量的材料,然而太阳系中的绝大部分物质都是集中在太阳上,这就显得很尴尬了。

退一步讲,就算人类可以找到足够多的材料,接下来也会面临很多难以解决的问题,比如说材料本身的强度与持久度,“戴森球”结构的稳定性与耐高温性能,太阳能量的收集、储存与传输,日常的维护和更新等等。

当然了,所谓的“难以解决”只是对人类现有的科技水平来讲的,或许当人类达到宇宙二级文明时,其科技水平已经高得不像话,完全可以解决建造“戴森球”的可能遇到的种种难题。

但即便真是这样,未来的人类也不一定会建造“戴森球”,因为在科技足够强大的情况下,人类应该有能力通过比“戴森球”更简单的方法来大量获取太阳的能量。

请思考一下,假设有一堆熊熊燃烧的篝火,而我们想要高效地收集和利用这堆篝火的能量,应该怎么做呢?是在这堆篝火旁边建造一个能量收集装置吗?答案当然是否定的,正确的做法应该是:拿走这堆篝火的燃料,在需要的时候再取出来使用。

按照这种思路,人类也可以取走太阳的“燃料”,并在需要时再拿出来使用,只要取走的“燃料”足够多,并且有能力将其“点燃”,那同样也可以获得巨大的能量。

太阳的能量来自核聚变反应,其绝大部分“燃料”其实就是最简单的氢原子核,也就是质子,所以只要人类有能力制造出可以在太阳上收集物质的巨型宇宙飞船,并且掌握了基于质子的可控核聚变,那就可以源源不断地从太阳上获取到巨大的能量。

尽管这种获取太阳能量的方式看上去也相当难,但这与建造“戴森球”相比,却要简单很多,相信当人类达到宇宙二级文明时,应该是可以做得到的。

值得一提的是,因为辐射层的存在,太阳外层的氢元素并不能进入其核心反应区,也就是说,在太阳的主序星阶段,它只会消耗其核心的氢元素,然而就是在这样一种情况下,太阳的核心的氢元素也要在50亿年之后才会耗尽。

为什么太阳可以“燃烧”这么久呢?原因就是太阳实在是太大了,根据科学家的估算,太阳的质量大约有2000亿亿亿吨,其中有大约73.46%都是氢元素,如此庞大的“燃料库”,足以让人类使用很久很久。

另一方面来讲,一颗恒星的质量越大,核心的核聚变也就越激烈,其“寿命”也就越短,以至于宇宙中那些质量庞大的恒星,通常只有短短数百万年的“寿命”,而那些“长寿”的恒星,却无一例外地都是小质量的恒星。

可以想象的是,假如未来的人类真的能够从太阳上直接取走物质,太阳的质量就会随之逐渐减少,而如果人类在太阳的质量减少到一定程度时就停止的话(大约为太阳原本质量的8%至45%之间),那么太阳就会演化成一颗“寿命”极长的红矮星,根据质量的不同,其“寿命”至少都有数百亿年,最高则可以达到上万亿年。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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