想象一下,在遥远的未来,人类
可及的疆域超越了我们淡蓝色的星球,
在几千光年之外的星球上建造城市,
维护着银河系的贸易
与交通网络。
以我们现在的文明,
要如何实现这一飞跃?
其中有许多事情需要考虑——
我们该如何沟通?
银河系政府将会是
什么样子?
其中最基本的一个问题是:
我们将从哪里获得足够的
能源来驱动这个文明——
它的工业、外星环境改造
以及及宇宙飞船?
一位名叫尼古拉·卡尔达肖夫
(Nikolai Kardashev)的天文学家
提出了一个量表,用以量化文明
在进化中对能量不断增长的需求。
在第一个进化阶段,
也就是我们现在所处的阶段,
基于行星的燃料资源,
比如化石能源,
太阳能电池板和核电站
也许足够让我们在太阳系内
其它星球上定居,
但也仅此而已。
对于处在第三,也是
最后阶段的文明来说,
在银河系的范畴内进行拓展则需要
比太阳每秒释放的 385 尧焦耳
还要多出 100 亿倍的能量。
除非在奇特物理学上取得重大突破,
否则只有一种能量来源
可以满足需要:
超大质量黑洞。
把黑洞视为能量来源
是一种反直觉的想法,
但它们的自然特性就是如此。
这要归结于它们的吸积盘(Accretion disk):
一种圆形扁平结构,由掉落在
事件视界(Event horizon)内的物质构成。
由于角动量守恒,
那里的颗粒物质
并不直接跌入黑洞,
而是开始缓慢盘旋。
由于黑洞强大的引力场,
这些颗粒
在一寸寸接近事件视界时,
将它们的势能转化成了动能。
颗粒之间的相互作用使该动能
得以辐射到宇宙空间。
其间的物质到能量的
转化效率非常惊人:
非旋转黑洞是 6%,
而旋转黑洞则可以高达 32%。
这大大胜过了核裂变,
这一目前最为有效且广泛使用的
从物质中提取能量的方法。
裂变只能将 0.08% 的
铀原子转化为能量。
开发利用这一能量的关键,
也许就在于一个由物理学家
弗里曼·戴森(Freeman Dyson)设计的,
被称为“戴森球”的结构。
在 20 世纪 60 年代,
戴森提出,先进的星球文明
可以设计建造一个围绕在
其主要恒星周围的人造球体,
用它来捕获恒星所辐射出的
所有能量,从而满足他们的需求。
一个类似,却更为复杂的设计
可以在理论上用于黑洞。
为了制造能量,
黑洞需要不间断的补给——
所以我们不会想用一个球体
把它全部覆盖。
即使我们这样做了,
从许多超大质量黑洞的两极
射出的等离子射流
也会把任何挡路的
建筑结构炸得粉碎。
所以,取而代之,
我们也许可以设计一种“戴森圈”,
由巨大的远程控制的收集器构成。
它们沿着环绕黑洞的轨道成群移动,
远离吸积盘,
但与其保持在同一平面上。
这些装置可以用类似于镜子的嵌板
把收集到的能量传送给动力装置
或电池,来进行存储。
我们需要确保这些收集器
建造在正确的半径上:
如果太近,它们
会因辐射出的能量而融化。
太远的话,它们则只能
收集到极小部分的可获能量,
而且可能会被那些绕着
黑洞运行的恒星摧毁。
我们很可能需要
相当于几个地球储量的,
如赤矿石这样的高反光材料
来建造整个系统——
再加上几个被拆卸了的星球,
以组建一支机器人施工军团。
一旦建成,这个戴森圈
将是一个科技杰作。
它将驱动文明在整个
银河系进行传播。
这一切看起来似乎是一个疯狂臆测。
但是即使是现在,
在当前的能源危机中,
我们也面临着地球资源有限的问题。
我们将始终需要新的方法来
制造可持续能源,
特别是当人类这一物种在为生存
和科技进步而努力的时候。
也许,已经有文明
征服了这些天体巨人。
也许,我们甚至可以对此有所察觉:
当我们看到从他们的黑洞
射出的光时而变暗时,
那是戴森圈的部件
在我们与他们之间穿过。
或许这些超级构造将注定
停留在理论范畴。
只有时间——和我们的科学智慧
——才知晓答案。