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如果掏空地球的所有資源制造一艘飛船,能造多大?能容納多少人?

2020-05-30科學

根本不需要掏多少資源就可以開走太陽,連帶著太陽系,直徑約2光年。

在能夠發表的論文裏,出現過用反射鏡戴森雲支持恒星引擎推動太陽系作為飛行器的設計。以奧爾特雲作為太陽系邊緣,太陽系飛船長軸約為2光年。論文發表在2019年12月的【宇航學報】上 [1]

太陽系可容納的人口上限,按太陽輸出和當前人均能耗的5倍的高水準平均能耗計算,當前階段為220萬億億人,10億年後為242萬億億人。即使按人類史上最高峰的人口增速,這也是個沒有意義的上限,人類的數量受到其它因素的影響更大,在太陽系內是達不到這容納限度的。

能夠航行的距離是沒有什麽限制的。擺脫銀河系的重力並不需要多大的速度,但宏觀低速下的飛行時間實在太長,人類文明如果能維持現在的發展速度,用不了2000年就不再需要這些。

不過,現實是人類現在根本就沒有能力掏多少資源,你只能繼續平凡的生活,慢慢等待。

我們衡量文明發展的基本方法是使用 卡爾達肖夫文明指數 ,這是蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達肖夫提出的概念:

宇宙中的文明可分為三個等級。

Ⅰ型文明可使用母星上的全部能源。

Ⅱ型文明能收集整個恒星系統的能源。對我們來說就是完全掌控太陽的輸出。

Ⅲ型文明可以利用整個星系的能源。

地球上的卡爾達肖夫文明指數Ⅰ型文明的功率,按照地球的輸入能量計算需要達到1.74E17瓦。卡爾薩根將這個標準設為1E16瓦,並設定了以下公式來計算未達標時的文明等級:
K=\frac{log_{10}P-6}{10}
K為文明指數,P為文明的功率。將我們現有的2E13瓦代入公式可以得到0.7301。這就是一些科普提到我們現在是0.7級文明或0.73級文明的出處。一般會談這個的科學家對人類達到Ⅰ型文明還是較為樂觀的,認為一百到二百年內就可以實作。
太陽系裏的Ⅱ型文明的功率,按照太陽現在的輸出計算需要達到3.86E26瓦,通常表達為4E26瓦。以我們現在知道的方法,使用圍繞太陽的戴森雲、黑洞引擎之類裝置才能達到。卡爾薩根將這個標準設為1E26瓦。談這個的科學家數量不多,一般把時間表放在數千年內。也有認為數百年內可以拿反射鏡戴森雲先湊數的人。
銀河系裏的Ⅲ型文明的功率要達到4E37瓦。卡爾薩根將這個標準設為1E36瓦。依托銀河系中心的超大品質黑洞可以達到。
更大的文明指數一般出現在追求宏大設定的少數科幻作品或不會離開預印本網站的軟胖論文裏。

總功率的提升是文明水平的一個切面。對物質和能量的利用效率與回收效率的提升、文化與道德的演進、分配方式的合理化、社會更好地幫助每個人實作人生價值等等都是文明發展的表現。下面談的主要是宇航能力方面的發展。

普通發展:

化學火箭和動量交換繩網路 [2]
→建成卡爾達肖夫文明指數Ⅰ型
→反射鏡戴森雲
→建成卡爾達肖夫文明指數Ⅱ型
→高級推進手段
→建成卡爾達肖夫文明指數Ⅲ型
→目標:哈伯體積
→擴充套件至多重宇宙中任意的領域

如果樂觀估計人類可以保持現在每年2.5%的總功率提升速率、繼續發展數百年,那約251年後,人類文明將成長為卡爾達肖夫文明等級指數Ⅰ型文明,估計其技術可以支持在內太陽系展開大量軌域建築與航天器。300年內可以開始鋪設軌域電站和反射鏡戴森雲。

技術樂觀主義者裏也有一部份認為2045~2075年超人工智慧就會降臨於世上,稱為技術奇異點。這方面需要的投入是非常龐大的,而且誰也無法保證一定能造出超人工智慧。現實中,弱人工智慧已經取得長足的發展,但通往強人工智慧的道路還沒有鋪出個所以然來。一些悲觀主義者更擔憂技術奇異點將導致人類的徹底絕滅。總之,技術奇異點的可能性並不大,但如果它真的來了而且沒有滅絕人類,它大概可以「在轉瞬間」為人類建好太陽系內的一切設施,然後帶領人類跨越宇宙的深淵。

對於戴森雲,一個常見的誤解是讓文明社會居住在扁扁的戴森雲元件的內表面,然後覺得非常難配置居住區、可能只適合意識上傳到機器的文明。

一般來說,血肉之軀的文明的初等太空居住建築更適合選擇經典的奧尼爾圓柱,它們可以被配置在戴森雲之中、從周圍的元件處獲取無線傳輸的電力,在其他元件遮擋了陽光的情況下可以順便省掉圓柱體上原本設計的鏡面與大窗。

如果人類文明可以保持住每年0.1%的總功率提升速率,五萬多年後就能成長為卡爾達肖夫文明指數Ⅲ型文明,這意味著足以擴張到整個銀河系。談這個的科學家,例如加來道雄,對人類持續發展比較悲觀,他給出的時間表是十萬年到百萬年。

自古以來,人類追求的是「隨心所欲地存在並實作一切願望的力量」,也就是永生與力量。基於腦機介面或註入奈米機器的生物機械化可以使人體變得難以破壞,但這類技術無法抵抗同水準的科學技術造出的武器和暴烈的天體活動。機器面對時間的脆弱程度不比人的生物學身體好到哪裏去。在現代物理學所知道的範圍內,真永生(=無法死亡)的生物具有至少像黑洞一樣堅強的身體(且沒有霍金放射線或依靠各種手段將其消除),可以自己永遠存在下去。

目前看來,人類並不特別執著於肉體,可能的話轉換成能量或時空構造也是可以的。

即使1E100年後所有黑洞都蒸發了,人類仍然可能懸浮在寒冷、空洞、只有逐漸減弱的放射線的廣大時空之中,並自己創生物質和能量——就像宇宙暴漲時發生的那樣,使用的方法可以是第一類永動機也可以是將時空變為永恒暴漲態的任何技術。在這個階段,人類就超越了歷史上幻想過的絕大部份神靈與妖魔鬼怪了。

當然,人類能發展到這一階段的可能性微乎其微。

參考

  1. ^https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.08.027
  2. ^https://www.zhihu.com/question/396166760/answer/1236934387