回顧人類文明的發展史,我們會發現在文明進步的同時,人類的能量消耗量也在指數級地攀升,正是因為如此,在1964年的時候,天文學家尼古拉.卡爾達肖夫(Nicholas Kardashev)提出了文明等級的概念,他根據文明對能量的使用量将宇宙中的各種文明分為了三個等級,9年以後,天體物理學家卡爾.薩根(Carl Sagan)在此基礎上提出了文明指數(K)的計算公式(如下圖所示)。
公式中的P代表文明的平均功率,我們可以據此計算出,II型文明的平均功率為10^26瓦特,相比之下,現代地球文明的平均功率大約為2 x 10^13瓦特,隻能算是0.73級文明,這就意味着,人類想要達到II文明的标準,就至少要将自己的平均功率在現有的基礎上提高5萬億倍才可以。
為什麼II型文明需要這麼多的能量呢?根據科學家的設想,II型文明擁有恒星級的航行能力,能夠人工改變星球的環境,甚至還可以直接建造出行星大小的人造物體,除此之外,II型文明還可以在飛米( 10^-15米)尺度上操作物質,能夠将原子随意拆開然後再組合成其他的物質。很明顯,這些科技都無一例外地需要大量能量的支持。
要獲得如此多的能量,最可行的方法就是核聚變,而在太陽系裡,太陽占據了整個太陽系質量的99.86%,也就是說,太陽上集中了絕大多數的核聚變原料,由此可見,從長遠來看,人類想達到更高的文明水平,就必須在太陽上打主意。事實上,太陽本身就在不停地發生核聚變,其平均功率高達3.86 x 10^26瓦特,我們隻需要利用其中的大約4分之1就可以了。
早在1959年,天文學家弗裡曼.戴森(Freeman Dyson)就在《人工恒星紅外輻射源的搜尋》一文中指出,當一個文明發展到一定程度的時候,就會在主恒星附近建造用以收集能量的巨型結構——戴森球。
需要指出的是,在弗裡曼.戴森的構想中,戴森球并不是我們想象中的那種能把太陽包裹住的固體空心球體,而應該是由大量的圍繞着太陽的能量收集器組成,它們可以一個一個地獨立發射,随着太陽能收集器的逐漸增多,最終會形成一個包裹住太陽的松散結構,因此我們也可以将其稱為“戴森雲”。
那麼問題就來了,人類在未來應該如何建造能把太陽包裹住的戴森球呢?有科學家提出:我們隻需要先把水星拆掉,就可以完成很大一部分的工程了。
水星的探測數據顯示,水星的物質密度很高,由大約70%的金屬和30%的矽酸鹽組成,由此可見,水星上的大部分物質都可以作為建造戴森球的原料。牛津大學的物理學家斯圖亞特.阿姆斯特朗(Stuart Armstrong)指出,在不久的将來,人類應該把水星拆掉用來制造包裹太陽的戴森球,對此他還提出了一個有意思的計劃,下面我們來簡單了解一下,看看這個計劃是否可行。
簡而言之,這個計劃就是利用一種循環的方式逐步拆掉水星,單個循環可分為5步,第1步是獲取能量;第2步是利用獲取的能量在水星上完成采礦、提煉等工作;第3步是将原料發射到預定軌道上;第4步是利用這些原料在軌道上制造太陽能收集器;第5歲則是太陽能收集器收集太陽的能量,以提供循環系統所需要的能量。
根據他的設想,這種循環系統應該是智能的,它在完成上述工作的同時,還可以利用太陽能收集器提供的能量,以及水星上的原料制造出自己的“複制品”,也就是說,未來的人類隻需要在水星上建造一個這樣的循環系統就夠了,在接下來的時間裡,這種循環系統就會不斷地複制,而随着“複制品”數量的逐漸增多,戴森球的建造效率就将會指數級地增加,從而大大加快戴森球的建設進程,或許隻需要短短的四、五十年時間就可以把水星拆掉。
我們可以看到,這個計劃的核心科技就是可以自我複制的智能機器,而從目前人類的科技水平來看,隻要假以時日,要制造出這樣的智能機器并不算困難,因此這個計劃在理論上應該是行得通的。
值得注意的是,由于水星的質量相對較少,因此把水星拆掉并不能建造出能把太陽完全包裹住的戴森球,但如果未來的人類真的完成了這一壯舉,那麼人類将會掌握到我們現在難以想象的能量,可以想象的是,屆時的人類将有足夠的能量對太陽系中的其他天體如法炮制,并最終建成能把太陽包裹住的戴森球,到那個時候,人類或許就離II型文明不遠了。
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