1000億年後的宇宙高級文明：囤幾個恆星，以防不測

當災難來臨，人類首先想到的可能是囤積足夠的食物，而對外星高級文明來說，可能是先準備好兩個星星。

近年來的觀測數據都表明：宇宙正在加速膨脹，總有一天，宇宙擴張的速度超過了光速，超星系團之間將彼此隔絕，永遠無法觸及。

在遙遠的一千億年後，石油肯定是不夠用了，而太陽的能量也總是有限的。那時候，如何才能養活還在不斷消耗能量的生物？

圖丨Dan Hooper

近日，理論天體物理學家 Dan Hooper 向 arXiv.org 提交了一篇腦洞大開的論文，主題是宇宙加速擴張造成能量短缺的背景下，一個超級先進的文明為應對能量短缺，可從其它星系中汲取恆星並將這些恆星的能量帶回家。

宇宙膨脹，銀河系將成「孤島」

在 20 世紀 30 年代，天文學家開始意識到宇宙處於擴張狀態。而到了 20 世紀 90 年代，他們才意識到這種擴張速度正在加速。據估計，在接下來的 1000 億年中，附近星系群中的所有恆星——包括銀河系在內的54個星系——將擴展到我們可到達的宇宙範圍之外。換句話說，我們現在可以在天空中看到的大多數恆星和星系將永遠消失，夜晚的天空將空空蕩蕩、了無生趣。

同時，這對擁有高級文明的生命來說，或許還是一場能源枯竭終極大災難的警報。

圖 | 加速膨脹中的宇宙（圖源：Wikipedia）

據假設，文明對能量的需求會持續增長，而假以時日，這些充分發展的文明對能量的需求將膨脹到超過其母恆星全部的能量輸出，甚至能量供應不僅來自一顆星，而是兩顆甚至更多。

這彷彿在展示一個科幻小說般的場景：先進文明可以穿梭在不同星系間，將他們所在星系以外其他恆星的能量輸送回先進文明的家園，就像我們現在將石油從一個城市運送到另一個城市。但即使是星際穿越，也仍然會遇到「疆域」問題：當宇宙膨脹速度太快，更多恆星永遠無法觸及，那麼即便是擁有開發星際空間能力的高級文明，面對空無一物的宇宙也將束手無策。

在那個時候，高級文明需要的能量來源將成為其發展的最大限制。

開採恆星以收穫更多能量

說到能源的利用，目前我們對太陽能量的利用效率實在低得可憐。

其實，我們需要的能源並沒有想像的那麼多，只需要開闢一片地，相當於撒哈拉沙漠面積的 0.5%，把照在上面的太陽能全部收集起來，就可以應付目前人類所需要的能量。那麼，如果將太陽發出的所有能量都收集起來呢？

1964 年，蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達肖夫提出了根據文明所需利用的能源量級來度量文明層次及技術先進程度的假說。在卡爾達肖夫指數中，I 型文明使用在它的故鄉行星所有可用的能量，II 型文明利用它的行星所圍繞的恆星所有的能量，III 型文明則利用它所處星系的所有能量。

按照這一定義，人類目前仍是最低等的 I 型文明。而日裔美國籍理論物理學家加來道雄認為，人類可能在 100 到 200 年左右達到I型狀態，在幾千年後達到II型狀態，而約在 10 萬至 100 萬年後達到 III 型狀態。

那麼，人類如何從低卡爾達肖夫指數文明向高卡爾達肖夫指數文明過度？換句話說，我們如何將恆星的能量收集起來？

圖｜《權力的遊戲》中的太陽疑似一個戴森球

1960 年，美國物理學家、數學家弗里曼?戴森在一篇發表於《科學》雜誌的論文中，討論了文明如何應對這一能量需求的增長。

他認為，未來人類可以建立能夠攔截和收集母恆星發出的所有能量的軌道結構。這個收集能量的裝置，即戴森球。按照他的設想，木星被拆解掉，全部物質用來建造一個包裹著整個太陽的巨大球殼，太陽輻射就被這個球殼完全或者部分地吸收。居住在球殼內壁的人們將處於永恆白晝之中，太陽高懸在頭頂，每一「天」都是夏至日；如果你想看星星，只需翻到球殼外壁，星辰大海立刻展現在你的眼前，而且沒有光污染。這種方法最大化地利用了太陽的能量。

這個概念一經提出就受到了一眾科幻作家的推崇。戴森球經常在科幻或其他虛構作品中出現。在這些作品中，戴森球往往被描述成「戴森殼」的形式，而建造該結構所面對的引力和工程難題則常常被忽略。

圖丨KIC 8462852被人懷疑可能有外星人在其周圍建造戴森球

用戴森球把恆星「帶回家」

但是，戴森球並不能阻止宇宙的膨脹。面對這一問題，Hooper 已經找到了這個問題可能的解決辦法，或許有一天他的後代的後代的後代的後代會感謝他。

在 Hooper 這次的論文中，他認為高級文明會以戴森球的方式來獲取恆星的能量，並趕在宇宙膨脹到大分裂之前，將需要完成大量建造戴森球或相似裝置的任務，這些戴森球將圍繞他們捕獲的恆星建立，收集到的能量把可能會落在宇宙視界之外的恆星推回到視界之內。

這是一項極為浩瀚的工程。據 Hooper 估計，通過這種方法收穫恆星並將其移動到新位置是一項在幾十兆個秒差距上的工作。秒差距是天文單位，1 兆秒差距為 330 萬光年，大約是 3 萬億億米。

Hooper 對這種收穫恆星的方案仍然有些擔心。因為如果捕獲到了錯誤的恆星，也許它永遠也回不到原來的位置。想要搬運這些恆星主要由 2 個因素制約：一個是宇宙膨脹的速度，另一個是恆星自己的壽命限度。

質量太大的恆星壽命也短，在遷移到目的地之前就會燃燒殆盡，質量太小的恆星也會因為總能量不夠而無法達到目的地。Hooper 通過計算得出的結論是，0.2 到 1 個太陽質量是理想的恆星目標。

圖 | 高級文明「適宜搬運」的恆星範圍（圖源：ArXiv）

但是他的論文沒有詳細說明一個文明如何移動一顆恆星，以及如何把恆星的熱能轉換成動能。Hooper 說，推測高級文明的行為「就像要求一個穴居人弄清楚汽車是如何工作的。」

目前，Hooper已經承認，這個 1000 億年的時間框架是以人類文明為中心的。宇宙空間很大，因此完全可能在距銀河很遠的地方存在高級文明，但高級文明到銀河系之間的距離已經到了緊縮點。

Hooper 建議，這可能是地球天文學家搜尋地外生命的全新線索：「許多過去搜尋戴森球的方式主要集中在觀測銀河系內恆星周圍是否存在疑似結構。而現在，我們應當將星系當做一個戴森球中包圍的群體來考慮，這將引導一種完全不同的觀察策略。」

一個被戴森球包圍起來的星系會看起來很奇怪，因為其中只有大質量恆星——這些恆星或者是質量太大或者是壽命太短因此無法利用。

Hooper 在論文中指出，一個在 10 到 50 億年前就開始大搬家的高級文明，會以這樣的形式出現：在它們周圍 30Mpc（大約 1 億光年）之內，1～4 個太陽質量的恆星已經悉數被收集和轉移，更小一點質量的恆星還在運輸途中，這些恆星全部被套著戴森球，開足馬力向文明中心進發。它們不同於傳統的戴森球，如此強大的運輸艦隊必然會在宇宙中留下痕迹，比如高強度的電磁輻射。

按照這個推斷，如果我們的望遠鏡發現某片宇宙區域恆星突然增加，那便可能是一個高級文明的所在地了，如果某個區域某種類別的恆星突然消失不見，也許它們剛被罩上戴森球準備起程。

這種重量級的發現一定會引爆整個人類社會，可惜的是，我們現在仍然沒有發現這樣的宇宙現象。

關於這種方式，也有不同的聲音。無論是人類還是動物，面對資源的緊缺，遷徙是很常見的做法。做一個游牧民族比搬運土地要容易得多，所以哈佛大學的理論天體物理學家 Avi Loeb 就認為沒有必要收集恆星，因為「大自然已經為我們收集好了」：一個個星系不就是一簇簇恆星嗎，一個超級文明應該能夠在星系之間自由遷徙。在宇宙視界之外的地域，通過彎曲空間，製造蟲洞也是可以到達的。

如果宇宙是一個封閉的孤立的系統，宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加，由有序走向無序，當宇宙的熵達到最大值時，宇宙中的其它有效能量會全部轉化為熱能，從而走向熱寂。那時恆星將完全停止閃耀，甚至物質都會分解。想像一下，在宇宙臨終之時，超級文明們是否會有一絲無奈和悲涼（如果他們也有這樣的感情的話）。

當熵增到真正的熱寂來臨，萬物（包括自己）都阻擋不住分解和衰變的結局。 文明發展幾千億年，合併了無數星系，也不得不隨著宇宙走向滅亡。

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