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如果掏空地球的所有资源制造一艘飞船,能造多大?能容纳多少人?

2020-05-30科学

根本不需要掏多少资源就可以开走太阳,连带着太阳系,直径约2光年。

在能够发表的论文里,出现过用反射镜戴森云支持恒星引擎推动太阳系作为飞行器的设计。以奥尔特云作为太阳系边缘,太阳系飞船长轴约为2光年。论文发表在2019年12月的【宇航学报】上 [1]

太阳系可容纳的人口上限,按太阳输出和当前人均能耗的5倍的高水准平均能耗计算,当前阶段为220万亿亿人,10亿年后为242万亿亿人。即使按人类史上最高峰的人口增速,这也是个没有意义的上限,人类的数量受到其它因素的影响更大,在太阳系内是达不到这容纳限度的。

能够航行的距离是没有什么限制的。摆脱银河系的引力并不需要多大的速度,但宏观低速下的飞行时间实在太长,人类文明如果能维持现在的发展速度,用不了2000年就不再需要这些。

不过,现实是人类现在根本就没有能力掏多少资源,你只能继续平凡的生活,慢慢等待。

我们衡量文明发展的基本方法是使用 卡尔达肖夫文明指数 ,这是苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫提出的概念:

宇宙中的文明可分为三个等级。

Ⅰ型文明可使用母星上的全部能源。

Ⅱ型文明能收集整个恒星系统的能源。对我们来说就是完全掌控太阳的输出。

Ⅲ型文明可以利用整个星系的能源。

地球上的卡尔达肖夫文明指数Ⅰ型文明的功率,按照地球的输入能量计算需要达到1.74E17瓦。卡尔萨根将这个标准设为1E16瓦,并设定了以下公式来计算未达标时的文明等级:
K=\frac{log_{10}P-6}{10}
K为文明指数,P为文明的功率。将我们现有的2E13瓦代入公式可以得到0.7301。这就是一些科普提到我们现在是0.7级文明或0.73级文明的出处。一般会谈这个的科学家对人类达到Ⅰ型文明还是较为乐观的,认为一百到二百年内就可以实现。
太阳系里的Ⅱ型文明的功率,按照太阳现在的输出计算需要达到3.86E26瓦,通常表达为4E26瓦。以我们现在知道的方法,使用围绕太阳的戴森云、黑洞引擎之类装置才能达到。卡尔萨根将这个标准设为1E26瓦。谈这个的科学家数量不多,一般把时间表放在数千年内。也有认为数百年内可以拿反射镜戴森云先凑数的人。
银河系里的Ⅲ型文明的功率要达到4E37瓦。卡尔萨根将这个标准设为1E36瓦。依托银河系中心的超大质量黑洞可以达到。
更大的文明指数一般出现在追求宏大设定的少数科幻作品或不会离开预印本网站的软胖论文里。

总功率的提升是文明水平的一个切面。对物质和能量的利用效率与回收效率的提升、文化与道德的演进、分配方式的合理化、社会更好地帮助每个人实现人生价值等等都是文明发展的表现。下面谈的主要是宇航能力方面的发展。

普通发展:

化学火箭和动量交换绳网络 [2]
→建成卡尔达肖夫文明指数Ⅰ型
→反射镜戴森云
→建成卡尔达肖夫文明指数Ⅱ型
→高级推进手段
→建成卡尔达肖夫文明指数Ⅲ型
→目标:哈勃体积
→扩展至多重宇宙中任意的领域

如果乐观估计人类可以保持现在每年2.5%的总功率提升速率、继续发展数百年,那约251年后,人类文明将成长为卡尔达肖夫文明等级指数Ⅰ型文明,估计其技术可以支持在内太阳系展开大量轨道建筑与航天器。300年内可以开始铺设轨道电站和反射镜戴森云。

技术乐观主义者里也有一部分认为2045~2075年超人工智能就会降临于世上,称为技术奇点。这方面需要的投入是非常庞大的,而且谁也无法保证一定能造出超人工智能。现实中,弱人工智能已经取得长足的发展,但通往强人工智能的道路还没有铺出个所以然来。一些悲观主义者更担忧技术奇点将导致人类的彻底绝灭。总之,技术奇点的可能性并不大,但如果它真的来了而且没有灭绝人类,它大概可以「在转瞬间」为人类建好太阳系内的一切设施,然后带领人类跨越宇宙的深渊。

对于戴森云,一个常见的误解是让文明社会居住在扁扁的戴森云组件的内表面,然后觉得非常难配置居住区、可能只适合意识上传到机器的文明。

一般来说,血肉之躯的文明的初等太空居住建筑更适合选择经典的奥尼尔圆柱,它们可以被配置在戴森云之中、从周围的组件处获取无线传输的电力,在其他组件遮挡了阳光的情况下可以顺便省掉圆柱体上原本设计的镜面与大窗。

如果人类文明可以保持住每年0.1%的总功率提升速率,五万多年后就能成长为卡尔达肖夫文明指数Ⅲ型文明,这意味着足以扩张到整个银河系。谈这个的科学家,例如加来道雄,对人类持续发展比较悲观,他给出的时间表是十万年到百万年。

自古以来,人类追求的是「随心所欲地存在并实现一切愿望的力量」,也就是永生与力量。基于脑机接口或注入纳米机器的生物机械化可以使人体变得难以破坏,但这类技术无法抵抗同水准的科学技术造出的武器和暴烈的天体活动。机器面对时间的脆弱程度不比人的生物学身体好到哪里去。在现代物理学所知道的范围内,真永生(=无法死亡)的生物具有至少像黑洞一样坚强的身体(且没有霍金辐射或依靠各种手段将其消除),可以自己永远存在下去。

目前看来,人类并不特别执着于肉体,可能的话转换成能量或时空构造也是可以的。

即使1E100年后所有黑洞都蒸发了,人类仍然可能悬浮在寒冷、空洞、只有逐渐减弱的辐射的广大时空之中,并自己创生物质和能量——就像宇宙暴涨时发生的那样,使用的方法可以是第一类永动机也可以是将时空变为永恒暴涨态的任何技术。在这个阶段,人类就超越了历史上幻想过的绝大部分神灵与妖魔鬼怪了。

当然,人类能发展到这一阶段的可能性微乎其微。

参考

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