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怎么样建造戴森球太空专家给出了策略

时间：2024-12-09 10:23来源：www.xuduwan.com作者：未知点击：

近期几十年来，戴森球这种科幻中的超级结构一直吸引着思想家们。不久前，柏林工业大学天文学和天体物理学中心的天体生物学家迪克-舒尔茨-马库彻(Dirk Schulze-Makuch)撰文，告诉大家怎么样才能造出一个戴森球。

理论物理学家的设想1960 年，英国理论物理学家弗里曼·戴森 (Freeman Dyson) 在《科学》杂志上发表了一篇单页论文，为人类科技的将来描述了一个或许是有史以来最有期望的场景。

戴森设想，一个一流的文明可以通过在我们的星球周围建一个球体，吸收这个星球输出的能量，来满足其不断增长的能源需要。

想象中的戴森球

不过，这篇论文更偏理论，没讲到实质的工程应用。关于这种巨型结构应该是什么样子，该怎么样建造，戴森并没提供更多的细节。他只不过简单地将这个球体描述为一个环绕着行星的“可以居住的外壳”。但这已经足够吸引到海量天体物理学家、科学家和科幻作家，并为他们提供想法了。

在戴森的某些描述中，戴森球看着像一个巨大的环，环绕着一颗恒星，几乎能碰到地球。在另一些描述中，戴森球是一个完全包裹着太阳的巨型结构，并且可以捕捉到太阳发出每一点能量。除去在科学作品中，戴森球还出目前小说、电影和电视节目中，譬如在《星际迷航》中，戴森球就是先进文明的家园。

戴森当然了解要建起一个如此的庞然大物所面临的挑战，所以他本人对于建起戴森球的可能性也维持着怀疑态度。不过，他的戴森球设想激起了大家对于人类文明的将来的雄心勃勃的设想，并且为解决人类的某些最具灾难性的困境提供了一种策略。

借助太阳或其他恒星的总能量，可以满足大家眼下的和长期的能源危机。但当大家可以获得一个恒星输出的全部能量时，就远不止满足大家的陆地能源需要这么简单了。

《星际迷航：下一代》的“遗物”一集刚开始于1992年十月12日播出。图中为星舰企业号与戴森球并排。

有了这么多可以用的能量，大家就能向可能有生命存在的系外行星发射高能激光脉冲，从而大大增加大家与遥远文明交流的机会。这类由戴森驱动的光束可以比现在任何已知的方法更远地传播到宇宙中，穿透更高密度的空间地区，譬如会使大家发送的信号衰减的尘埃云。

或者，大家可以借助这种能量直接到达系外行星——在某些天体物理学家的设想中，大家可以通过量子引力实验来操控时空连续体，来缩短行程。还有一个有趣的想法，是用纯光子创造所谓的 Kugelblitz 黑洞，在理论上，这类黑洞已经被证明可以为将来的星际飞船提供动力。通过扭曲时空，大家可能可以以比光速更快的速度行进，或者创造虫洞，为穿越银河系提供捷径。

更诱惑的是，戴森球提供的近乎无限的能量可以解决某些大家在延长寿命上遇见的最重要的难点。支持借助低温技术的大家意识到，这一技术的大规模和长期用会需要很多的能量，远远超越现在可用的量。

2018 年，研究职员 Alexey Turchin 和 Maxim Chernyakov 提出，AI可能可以通过死者的 DNA 和其他信息，在模拟世界中以数字的方法重新创造这个人。为了创建出是一个几乎永生的种族的、样本足够丰富的模拟人，需要很多的能量，还需要清除很多道德和哲学方面的障碍。但研究职员提出，戴森技术可以提供所需的能量。

建造戴森球可行吗？

在今天，戴森的野心勃勃的设想好像比以往任何时候都看上去愈加要紧。依据美国能源信息署的数据，假如技术继续沿着现在的增长曲线进步，在将来 30年内，全球的能源需要量或许会增加50%。

风能、太阳能和其他可再生能源将在短期内有所帮助，但长期的解决方法需要使用愈加大胆的工程。戴森球可能是一个大胆的解决方法，但要达成它，大家显然还要克服很多物理和机械问题，即便是比大家先进数千年的文明也未必能解决这类问题。

作为柏林工业大学天文学和天体物理学中心的教授，我花了几十年的时间来探索一流的外星文明存在的可能性。我与人合著了五本关于外星生命的书，我对这门科学的兴趣激起了我，让我一直在研究戴森球是先进外星技术的可能性。大约十年前，我对可能是源于外星文明之手的各种大型工程产生了兴趣。

黑洞以艺术的方法渲染，扭曲空间和时间，创建了虫洞。

2010 年，我研究了建造戴森球的可行性。当我与我在普尔曼华盛顿州立大学的前物理系学生布鲁克斯·哈罗普（Brooks Harrop）合作时，大家发现了戴森球的容易见到定义存在很多问题，其中非常重要的是球体的坍塌风险。围绕恒星旋转的刚性同心球会在每一个点上都遭到引力。

而今已知的任何材料都没办法对抗这种力量。工程师或许会计划用一个复杂的推进器系统来解决这个问题，这个系统可以通过一个反用途力，将外壳维持在适合的地方。

但考虑到外壳的巨大水平——在大多数的设想中，该结构的半径为 9300 万英里，即地球与太阳之间的距离——如此的系统第一会消耗外壳采集的大多数能量，甚至是全部。

假设大家可以克服这类问题，并且在遥远的将来建成了这个球体：它该怎么样在流星、小行星、辐射和太阳耀斑中幸存？假如一个物体的水平和哈雷彗星差不多，就会以超越 100 万颗沙皇氢弹（迄今为止人类引燃过的最强大的核装置）的动能撞击这个球体。

戴森预见到了这类风险，并承认这个围绕恒星的壳或环存在的可能性不大。但这位物理学家提出了一个解决方法：假如有一群在围绕恒星的独立轨道运行着的物体，就能既采集能量，又防止固体戴森球的大多数物理和机械问题。

伴随时间的推移，这类卫星可以渐渐被建造，并渐渐被传送到系统中，逐步增加集群的能量产值。

大约有1000 万颗卫星的戴森群可以满足人类的能源需要。这需要很多卫星，但现代卫星星座正在为如此一个工程壮举创造先例。SpaceX 每月可以发射 240 颗星链通信卫星，截至 2022 年 2 月，它在太空中已经拥有 2000 多颗卫星。

完成后，该星群的数目或许会达到数万——这个数目虽然远远比不上戴森群的数目，但已经足以激起大家的想象力。

更现实的策略：戴森群

为了克服戴森刚开始设想的策略中的困难，我和 Harrop找到一种更易达成的设计——戴森群来替代它。大家将这个策略命名为太阳能风力发电卫星 (SWPS)。传统的太阳能电池板采集可见光的能量，但大家的卫星采集的是构成太阳风一半的电子（另一半由质子和 α 粒子组成）。

迅速太阳风的速度约为750km/s-1，这使得这类电子比撞击太阳能电池板的可见光中的电子拥有更强的能量。大家的 SWP 卫星的核心是一根指向太阳的长金属线，充电后会产生磁场，然后将传入的电子引导到球形金属接收器中。这类电子会产生电流，从而保持导线中的磁场，并在两者之间形成一个可以保持自己稳定的系统。

大多数电流仍将用于产生动力，将红外激光发射到地球的接收站上。因为大家的大方中存在透明的“红外窗口”，红外线是最好的选择，由于它可以让大约 8 到 13 微米之间的波长不被吸收地通过。

在激光将电能发送到接收站后，剩余的电子将落回环形帆上，照在那里的阳光会激起它们，产生的能量足以使卫星一直维持在围绕恒星运行的轨道上。

2009 年 2 月 24 日，英国生的美国理论物理学家弗里曼·戴森 (Freeman Dyson，1923 - 2020 年）坐在新泽西州普林斯顿高等研究院办公室 。

每颗 SWP 卫星的水平约为 3.7 公吨（约为 GPS 卫星重量的三倍），天天的24 小时内能提供约 2 兆瓦的持续功率输出，差不多可以满足 1,000 个美国家用卫星的能源需要。一个SWP 卫星群可以满足全人类的能源需要。

这类卫星可以用相对简单、实惠的材料制造；建造每颗卫星的成本主要花在 950 英尺的铜线上。因为这类卫星用太阳风作为能源，这类卫星将吸收最少的热量，并以接近 100% 的效率运行。相比之下，传统太阳能电池的生产本钱非常高，由于它们的半导体需要高纯度的硅，而且它们的效率很低，大概只有20%。

戴森群还面临着不少技术上的妨碍。虽然 SWP 卫星几乎无需维护，但它们不是自清洗的。假如卫星的帆中捕获到的不是太阳风中的电子，而是正离子，卫星的效率就会减少，并且伴随时间的推移，整个系统的性能都会减少。

大家也没解决另一个难点：怎么样让卫星在变化万千的太阳风中维持稳定的地方，与怎么样安排数百万（或许最后是数十亿）卫星围绕恒星的轨道。

尽管近年来小功率的能量传送激光系统获得了非常大的进步，但让系统能在太空中工作仍然是一个挑战。即便是一摄氏度以内的微小温度变化，都会致使激光器的波长和输出效率发生非常大的变化。

在太空中维持恒温是一件非常棘手的事情——由于大家非常难在没空气的状况下，将热量从较热的物体传递到较冷的物体。戴森群还有这么多棘手的问题没解决，但或许已经被另一个文明解决了。

宇宙中有戴森球吗？

在我与卡迪夫大学高级研究员威廉·贝恩斯合著的《宇宙动物园：多个世界上的复杂生命》一书中，大家觉得一旦行星体上出现生命，它最后都会进化成智能——在行星的宜居时间足够长的首要条件下。

这一论点的基础是，地球上生命进化进程中的所有重大转变好像都发生了多次，这类变化彼此独立，或通过不一样的生化渠道。这表明宇宙中数以万亿计的其他行星中的一些可能历程了同样的进化过程，并且这类行星上的某些生命形式可能已经进化为智能生命体。

他们有足够一流的科技水平建造戴森球吗？弗里曼戴森如此假设：假如他们建造出了戴森球，大家就能测试到它。

具备实心外壳的传统戴森球会散发出中红外波长的剩余能量，现在的人类仪器可以测试到。至少一个研究小组已经开始探寻这种信号。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授杰森·赖特和加利福尼亚州立理工大学习物理与天文学系的马特·波维奇，已经开始借助美国宇航局广域红外勘测探测器 (WISE) 的数据在太空中探寻戴森球发出的强烈的红外信号。

那次搜索并未找到戴森球，或许大家的望远镜在太空中没看到任何巨型结构是什么原因，外星人得出了与大家在论文中所做的判断相同的结论：建造一个巨大的、坚固的戴森球体是不切实质的，即便对于比大家更一流的文明来讲。

尽管大家可能从来不会看到大家的太阳被包裹在一个巨型结构中，或者从围绕它运行的数百万颗卫星中汲取能量，但受戴森球启发的科学和科幻小说会继续勉励大家，让大家对这个星球上和星球外的生命产生最大胆的想象。

这可能是戴森球最有价值的贡献——为大家竖立起了一个雄心勃勃的目的，为大家铺路，让大家不断尝试革命性的发现。

参考资料

https://www.popularmechanics.com/space/a40230192/dyson-sphere-immortality/

编译：BladeRunne

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