生命的下一個十億年

馬克斯·泰格馬克

人類剛剛誕生在地球上，但其未來則在浩瀚星空之中。

在誕生后的138億年，我們的宇宙終于蘇醒了，并意識到了自身的存在。在一個小小的藍(lán)色星球上，一些微小的具有意識的東西開始用望遠(yuǎn)鏡凝視宇宙，并多次發(fā)現(xiàn)他們所看到的一切，不過屬于更宏大東西的很小一部分：地球之外是太陽系，太陽系之外則是銀河系，銀河系之外還有數(shù)以千億個河外星系，而且這些星系還一起構(gòu)成了星系群、星系團(tuán)和超星系團(tuán)。雖然有自我意識的觀星者在很多事情上意見不一，但他們都傾向于認(rèn)為這些星系是美麗的，令人驚嘆的。

但美是在觀看者的眼中產(chǎn)生的，而不是在物理定律中。所以，在我們的宇宙醒來之前，沒有美丑可言。這使我們宇宙的蘇醒變得更加美妙，值得慶祝：它將我們的宇宙從一個無意識的死寂之地變成了一個活生生的生態(tài)系統(tǒng)，里面有著反思、美麗和希望，以及追求、意義和目的等。

也許，情況可能會變得更好。我們還不知道我們是否是宇宙中唯一的觀星者，或是第一批觀星者，但我們已經(jīng)學(xué)到了足夠多的關(guān)于宇宙的知識，有能力讓生命在我們的宇宙中傳播開來，并能在數(shù)十億或數(shù)萬億年的時間里蓬勃發(fā)展。也許，要想成就這一切，依賴于我們在這顆小小的藍(lán)色星球上所做的決定。

一個最鼓舞人心的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是，我們極大地低估了生命的未來潛力。我們的夢想和抱負(fù)不應(yīng)該再繼續(xù)被疾病、貧窮和戰(zhàn)亂所拖累。相反，在科技的幫助下，生命有可能在整個宇宙中蓬勃發(fā)展，而且比我們的祖先想象的更加宏偉、更鼓舞人心。下面，我們就從資源、能源、計算機(jī)技術(shù)以及星際殖民等方面，來暢談一下生命的下一個十億年。

所需的終極資源

如果科技能打破我們原有的生命感官限制，那么終極的限制是什么呢？

這些終極的限制不是由我們的想法來決定的，而是由物理定律決定的。具有諷刺意味的是，這使得在某些方面，我們更容易分析出生命長遠(yuǎn)的未來，而不是短期的未來。

今天的超市和商品交易所出售的商品有成千上萬種，我們可以稱之為“資源”，而那些科技水平遠(yuǎn)高于我們的智慧生命，可能主要需要一個基本資源：所謂的“重子物質(zhì)”，意思是由原子或其組成成分（質(zhì)子和中子等）構(gòu)成的東西。這是因?yàn)?，從物理學(xué)的角度來看，智慧生命想要創(chuàng)造的一切東西——從棲息地、機(jī)器人到新的生命形式——只需要以某種特定的方式對粒子進(jìn)行組合，如由兩個氫原子和一個氧原子，就可以組合成水。

而一旦智慧生命學(xué)會了通過對粒子進(jìn)行組合來生產(chǎn)材料，那么他們所需的就是重子物質(zhì)，而且越多越好。而宇宙可以為之提供幾乎無窮盡的重子物質(zhì)，所以說，智慧生命最終都會逐步離開自己的母星，并向太空拓展。

包裹整個太陽

當(dāng)談到未來時，最滿懷希望的一位夢想家，則是美籍英裔數(shù)學(xué)物理學(xué)家弗里曼·戴森。在英國作家奧拉夫·斯塔普爾頓所寫的科幻小說《造星主》的啟發(fā)下，他想到，為什么不干脆把所有的太陽能量輸出都收集起來呢？于是，他在1960年發(fā)表了一篇關(guān)于“戴森球”的文章。他的想法是利用整個木星的物質(zhì)，來建造一個圍繞在太陽周圍的球形外殼生態(tài)圈，我們的后代可以在那里繁衍生息。處于地球當(dāng)前軌道上的戴森球?qū)o我們提供約為地球表面5億倍的生活空間，可利用的能量將是當(dāng)前人類所使用的總量的數(shù)萬億倍。

他認(rèn)為這是自然而然的下一步：“人們應(yīng)該期望，在進(jìn)入工業(yè)發(fā)展階段的幾千年之內(nèi)，任何智慧生物最終都會居住在一個完全包裹其母恒星的人造生物圈上?！钡珜裉斓娜祟悂碚f，戴森球的生活似乎很難令人適應(yīng)，至少能讓人失去方向感。例如，一些戴森球可能都無法產(chǎn)生任何重力。此外，如果你住在戴森球的里面，就不會有黑夜：不管你在哪里，你總能看到太陽直射在頭頂上。如果你想要看星星，你只好去戴森球的外面觀察宇宙。不管怎樣，這并不能阻止未來生物或其他生命形式在戴森球上蓬勃發(fā)展。

問題是該如何建造呢？如果直接建造一個完全包裹恒星的戴森球太難的話，那么這里還有一個簡化建造方案：在圍繞太陽的一個圓形軌道上建造一個環(huán)形棲息地，如同給太陽建造了一個光環(huán)一樣。為了完全包裹太陽，你可以在不同的軸線上添加環(huán)形棲息地，它們與太陽的距離應(yīng)有所不同，以錯開來避免相撞繞。

但要想讓戴森球使用壽命更長，戴森球需要能不斷調(diào)整其位置和形狀，以應(yīng)對干擾，比如偶爾打開個大洞讓煩人的小行星和彗星順利通過。另一種應(yīng)對干擾的方法是，可以使用檢測和防御系統(tǒng)來處理這些入侵者，比如讓它們運(yùn)動路線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，或把它們粉碎掉。

追求能效極限

盡管在今天的工程標(biāo)準(zhǔn)中，戴森球的能效很高，但它們遠(yuǎn)沒有達(dá)到物理定律設(shè)定的極限——100%。愛因斯坦告訴我們質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，關(guān)系為E=mc2，其中E代表能量，m代表質(zhì)量，c代表著光速。由于c的數(shù)值十分大，這意味著少量的質(zhì)量就可以產(chǎn)生巨大的能量。如果有充足的反物質(zhì)供應(yīng)，那么就可以讓質(zhì)量完全轉(zhuǎn)化為能量，這樣我們就可以容易地建造一個能效為100%的發(fā)電廠了。只要把一茶匙的反水倒進(jìn)普通的水里，就會釋放出相當(dāng)于20萬噸TNT的能量，這是一種典型氫彈的能級，當(dāng)前全球只靠這點(diǎn)能量就可以運(yùn)行7分鐘左右。但可惜的是，我們的宇宙中并沒有充足的反物質(zhì)供應(yīng)。

相比之下，我們今天最常見的產(chǎn)生能量方式都效率低下。人消化一塊糖的能效僅僅是0.00000001%。如果你的胃有0.001%的能效的話，那么你只需要在你的一生中吃下一頓飯就可以了。而今天的核反應(yīng)堆通過裂變分裂鈾原子，但仍然不能提取超過0.08%的能量。聚變的能效比裂變的略高一些，但即使我們給太陽罩上一個完美的戴森球，我們收集到的能量還遠(yuǎn)不及0.08%的太陽質(zhì)量轉(zhuǎn)化出的，因?yàn)橐坏┨栂牡糇陨泶蠹s十分之一的氫燃料后，它將結(jié)束作為一個正常的恒星的生命周期，會開始進(jìn)入紅巨星階段，并走向死亡。

那么，我們怎樣才能做得更好呢？

黑洞發(fā)電站

英國物理學(xué)家斯蒂芬·霍金在他的書《時間簡史》中，提出了一個用黑洞建立發(fā)電站的方案，利用的是黑洞能吞噬物質(zhì)，然后通過蒸發(fā)將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為輻射的能力。但是，除非黑洞的質(zhì)量非常小，一般黑洞的蒸發(fā)速度都十分緩慢，所以說這個方案并不容易實(shí)施。

另一個更容易實(shí)施的策略不是從黑洞內(nèi)部提取能量，而是從正落入黑洞的物質(zhì)中提取能量。大自然已經(jīng)有了一種實(shí)現(xiàn)這一切的東西——類星體。類星體是一類離地球最遠(yuǎn)、能量最高的活動星系核，其核心有著正在吞噬周圍氣體的超大質(zhì)量黑洞。當(dāng)氣體漩渦接近黑洞時，會形成一個圓盤狀的吸積盤，其最里面的部分會逐漸被吞噬，但在當(dāng)氣體落向黑洞里時，它們的重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，速度不斷提高，就像一個自由落體那樣。隨著運(yùn)動速度的加快，氣體的運(yùn)動狀態(tài)也開始變得混亂起來：越來越多的湍流出現(xiàn)了，給氣體帶來更小尺度上的隨機(jī)擾動。最終，每個分子和原子開始以更劇烈地頻繁碰撞——劇烈的熱運(yùn)動意味著氣體的溫度變得極高，而這些碰撞將動能轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈的輻射能。

在安全的位置上，通過在黑洞周圍建立一個完整的戴森球，可以捕獲和使用這種輻射能量。黑洞旋轉(zhuǎn)得越快，這個轉(zhuǎn)換過程的能效就越高。相關(guān)的計算表明，急速旋轉(zhuǎn)黑洞最高能以約42%的效率傳遞能量。

超壓發(fā)動機(jī)

除了黑洞發(fā)電站以外，未來的智慧生命也許能夠建造所謂的“超壓發(fā)動機(jī)”：一種像柴油發(fā)動機(jī)一樣的能源發(fā)電機(jī)。傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)是將空氣和柴油的混合物進(jìn)行壓縮，直到溫度足夠高時，使其自燃并燃燒。在那之后，熱的混合物在過程中重新膨脹，推動活塞來做功。燃燒后的產(chǎn)物，比活塞里最初的物質(zhì)少了0.0000005%，而這一質(zhì)量差異轉(zhuǎn)化為了驅(qū)動發(fā)動機(jī)的熱能。

超壓發(fā)動機(jī)與柴油發(fā)動機(jī)類似，但效率會更高。它能把普通物質(zhì)壓縮到幾千萬億度，然后讓它重新膨脹并冷卻，這一過程能把大部分夸克轉(zhuǎn)化成電子和其他相關(guān)的粒子，損失近一半的質(zhì)量，轉(zhuǎn)化出更多的能量，來驅(qū)動發(fā)動機(jī)。所以，它就像一個柴油發(fā)動機(jī)，只不過其效率是柴油發(fā)動機(jī)的10多億倍。

雖然這種發(fā)動機(jī)技術(shù)離我們還很遙遠(yuǎn)，然而我們早就知道與之類似的情形了：發(fā)生在大約138億年前的宇宙大爆炸。宇宙大爆炸就幾乎把100%的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為了能量，大爆炸后剩下不到十億分之一的夸克和電子，最終構(gòu)成我們今天在宇宙中觀察到的所有物質(zhì)。

追求計算的極限

如果吃晚飯的能效還不到物理的極限能效的一百億分之一，那么今天的電腦的能效有多高呢？事實(shí)上，比吃頓晚餐更糟糕。美國麻省理工學(xué)院的量子計算機(jī)先驅(qū)賽斯·勞埃德表示，計算機(jī)速度受到能量（或質(zhì)量）的限制。他指出，一臺質(zhì)量為1 千克，體積為1立方分米的計算機(jī)（相當(dāng)于一臺小型筆記本電腦），其運(yùn)行速度最高為每秒能執(zhí)行5×1050操作，這大致相當(dāng)于當(dāng)前筆記本電腦運(yùn)行速度的41個數(shù)量級（1041倍）。如果計算能力每兩年增加一倍，我們將在幾個世紀(jì)后抵達(dá)這個極限。他還指出，一臺這樣的電腦最多可以存儲1031比特的數(shù)據(jù)，這比當(dāng)前筆記本電腦能存儲的要多數(shù)百億億倍。

實(shí)際上，達(dá)到這些限制可能是具有挑戰(zhàn)性的，即使是對于超級智慧生命來說也是如此。然而，勞埃德樂觀地認(rèn)為，這個限制離我們并不是很遙遠(yuǎn)，現(xiàn)有的量子計算機(jī)原型已經(jīng)能利用一個原子來存儲一個比特的信息了。按比例計算，1千克能存儲約1025比特，比當(dāng)前的筆記本電腦高上幾萬億倍。此外，使用電磁輻射（即光子）讓這些原子能彼此溝通，那么計算機(jī)每秒最多能執(zhí)行5×1040操作，這比當(dāng)前的筆記本電腦高了31個數(shù)量級。

追求計算的極限，是實(shí)現(xiàn)超級人工智能所必須的。事實(shí)上，人腦的計算速度是每秒能執(zhí)行約1016次操作，而質(zhì)量還不到1.5千克。

快速星際殖民

根據(jù)狹義相對論，以光速發(fā)射宇宙飛船是不可能的，因?yàn)檫@需要無限的能量。那么，在實(shí)踐中，最快的飛船能有多快？

1984年，美國物理學(xué)家羅伯特·富沃德首創(chuàng)了一種用激光驅(qū)動飛船的巧妙設(shè)計。就像空氣分子與船帆相撞時會推動船前進(jìn)一樣，光子在鏡子上相撞時也會推動鏡子前進(jìn)。我們可以利用太陽能驅(qū)動一個巨大的激光系統(tǒng)，把激光射到一個巨大的超輕的光帆上，我們可以利用太陽的能量不斷加速飛船，能使它達(dá)到極高的速度。富沃德經(jīng)過計算，光帆飛船可以在40年左右的時間里把一小批船員送達(dá)離地球約4光年遠(yuǎn)的南門二——距離太陽最近的恒星系統(tǒng)。一旦到了南門二，船員可以利用那里恒星的能量，繼續(xù)在銀河系中從一顆恒星飛躍到另一顆恒星。

而超級人工智能還能使得光帆飛船變得更加現(xiàn)實(shí)。如果你不需要運(yùn)輸龐大的人類生命支持系統(tǒng)，而是僅僅搭載一個不太大的“種子探測器”，那么未來的激光航行就會變得非?？焖?，而且成本大幅度降低。這里的“種子探測器”是一種能夠降落在行星或衛(wèi)星上的超級人工智能機(jī)器，并能從零開始建造一個新的文明。它甚至不需要攜帶指令，它所要做的就是建立一個足夠大的接收天線，以獲取從其母親文明中發(fā)過來的更詳細(xì)的藍(lán)圖和指令信號。然后，它還能就地取材，建造出新的激光系統(tǒng)和光帆飛船，并搭載新的種子探測器，以繼續(xù)在銀河系內(nèi)進(jìn)行殖民。

一旦超級人工智能殖民了另一個太陽系或整個銀河系，就很容易把人類弄過去了。所有有關(guān)人類的必要信息都可以以光速傳播過去，之后超級人工智能組裝成出人類。組裝出一個人類，可以有兩種方法。一種是只需傳輸指定一個人的DNA，然后讓人工智能孵化一個孩子并撫養(yǎng)其長大；另一種是把一個人所有的信息都發(fā)過去，人工智能可以將夸克和電子組裝成一個與原來的人完全一樣的成人。

在一個星系內(nèi)，如果借助光帆飛船，平均需要20年旅行到10光年遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)，然后再花另一個10年來建造的新的激光系統(tǒng)和光帆飛船的話，那么，星際殖民會以平均三分之一的光速的速度，朝著星系內(nèi)各個方向進(jìn)行擴(kuò)張。

“宇宙垃圾郵件”騙局

事實(shí)上，有一種卑鄙的殖民宇宙的方法，比任何以上的方法都要擴(kuò)展得更快：使用“宇宙垃圾郵件”騙局。通過向宇宙播送一條條信息，一個先進(jìn)文明可以誘騙其他新進(jìn)化出的文明去制造出一個超級人工智能機(jī)器，但這種機(jī)器其實(shí)能滅掉或奴役當(dāng)?shù)氐奈拿?，并把那里改造為該先進(jìn)文明的殖民地。發(fā)個信息的速度是光速，如果該先進(jìn)文明屢屢得逞的話，那么他們就能借助 “宇宙垃圾郵件”在宇宙中尋常傳播開來。

因?yàn)檫@可能是先進(jìn)文明能以光速抵達(dá)大部分恒星系統(tǒng)的唯一途徑，而且他們沒有理由不去嘗試一下，所以，我們應(yīng)該對接收到的任何外星人信號都要保持高度懷疑的態(tài)度。在美國天文學(xué)家卡爾·薩根所寫的科幻小說《接觸》中，我們地球人就用外星人的藍(lán)圖建造了一臺我們不懂的機(jī)器，萬幸的是，最終發(fā)現(xiàn)這機(jī)器只是外星人用來與人類進(jìn)行接觸的工具，而不是來劫持我們文明的。當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)中，我們強(qiáng)烈建議，在尚未搞懂前，千萬別去建外星人的機(jī)器。

我們?yōu)榱撕推蕉鴣?/p>

到目前為止，我們只討論了從單一的文明向宇宙拓展的情形。但是，如果兩個文明相遇，會發(fā)生什么呢？

歐洲人能夠征服非洲和美洲，因?yàn)樗麄儞碛袃?yōu)越的技術(shù)。相比之下，在兩個超級智慧文明相遇之時，他們的技術(shù)將會在同一水平上，都已經(jīng)接近物理定律上的極限。這樣，即使他們想打起來，一個超級智慧文明似乎不太可能輕易地征服另一個超級智慧文明。此外，如果他們的目標(biāo)已經(jīng)進(jìn)化成相對一致的話，那么他們就沒有理由渴望征服或戰(zhàn)爭。例如，如果他們的目標(biāo)都是試圖盡可能地證明許多美麗的定理，以及發(fā)明盡可能多的聰明的計算機(jī)算法，那么他們可以分享彼此的發(fā)現(xiàn)，來使事情變得更好。因?yàn)樾畔⒎浅２煌谕ǔＨ祟惤?jīng)常爭奪的資源，跟別人分享了信息后，你也不會失去它。

如果兩個文明相遇并發(fā)生沖突的話，更可能發(fā)生的是思想沖突，而不是武力沖突。一些追求不斷擴(kuò)張的文明可能有一些基本不變的目標(biāo)，尤其是打著某種宗教的目標(biāo)。然而，一些先進(jìn)的文明更可能是思想開放的——在提出足夠令人信服的論點(diǎn)時更愿意調(diào)整自己的目標(biāo)。同化你的鄰居是一個比用武力解決更好的擴(kuò)張策略，但這不會是強(qiáng)迫同化，而是自愿的，主要是看哪個思想更有說服力。

完全擁抱科技

科幻作家通常被認(rèn)為是不切實(shí)際的浪漫夢想家，但具有諷刺意味的是，現(xiàn)在大多數(shù)科幻作家和科學(xué)記者對太空殖民太過悲觀。但我們在這里看到，當(dāng)人們和其他智慧生命能夠以數(shù)字形式進(jìn)行傳播時，星系間旅行就變得更加容易，這可能使我們不僅在我們的太陽系或銀河系中，也在整個宇宙中，成為我們自己命運(yùn)的主人。

如果我們不再繼續(xù)提高我們的科技，那么我們的命運(yùn)必將走向滅亡——可能是一顆小行星、一座超級火山、炙熱的太陽或其他災(zāi)難給我們的文明畫上句號。不過，如果我們不是回避科技，而是擁抱它，那么我們就同時增加了這兩件事的可能性：生命獲得了更多的存活和繁榮的潛力，以及因?yàn)樵愀獾挠媱澏绲刈晕覛纭Ｎ覀冋J(rèn)為，我們應(yīng)該擁抱科技，但不要盲目相信自己，而是要謹(jǐn)慎地、有遠(yuǎn)見地規(guī)劃。在我們的宇宙中，生命的未來潛力比我們祖先最狂野的夢想更宏偉，所以讓我們充分利用科技吧！