生命的下一個(gè)十億年

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(shí)到了自身的存在。在一個(gè)小小的藍(lán)色星球上，一些微小的具有意識(shí)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(gè)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(shí)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(gè)無意識(shí)的死寂之地變成了一個(gè)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(huì)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(shí)，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(shí)間里蓬勃發(fā)展。也許，要想成就這一切，依賴于我們?cè)谶@顆小小的藍(lán)色星球上所做的決定。

一個(gè)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(mèng)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(gè)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(jì)算機(jī)技術(shù)以及星際殖民等方面，暢暢談一下生命的下一個(gè)十億年。

所需的終極資源

如果科技能打破我們?cè)械纳泄傧拗?，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(zhǎng)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(gè)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)椋瑥奈锢韺W(xué)的角度來看，智慧生命想要?jiǎng)?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(duì)粒子進(jìn)行組合，如由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子，就可以組合成水。

而一旦智慧生命學(xué)會(huì)了通過對(duì)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(huì)逐步離開自己的母星，并向太空拓展。

包裹整個(gè)太陽

當(dāng)談到未來時(shí)，最滿懷希望的一位夢(mèng)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(guó)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(gè)木星的物質(zhì)，來建造一個(gè)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)?huì)給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(huì)居住在一個(gè)完全包裹其母恒星的人造生物圈上。”但對(duì)今天的人類來說，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(huì)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(gè)完全包裹恒星的戴森球太難的話，那么這里還有一個(gè)簡(jiǎn)化建造方案：在圍繞太陽的一個(gè)圓形軌道上建造一個(gè)環(huán)形棲息地，如同給太陽建造了一個(gè)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(cuò)開來避免相撞繞。

但要想讓戴森球使用壽命更長(zhǎng)，戴森球需要能不斷調(diào)整其位置和形狀，以應(yīng)對(duì)干擾，比如偶爾打開個(gè)大洞讓煩人的小行星和彗星順利通過。另一種應(yīng)對(duì)干擾的方法是，可以使用檢測(cè)和防御系統(tǒng)來處理這些入侵者，比如讓它們運(yùn)動(dòng)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(gè)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(huì)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(jí)，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(gè)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(gè)正常的恒星的生命周期，會(huì)開始進(jìn)入紅巨星階段，并走向死亡。

那么，我們?cè)鯓硬拍茏龅酶媚兀?h3> 黑洞發(fā)電站

英國(guó)物理學(xué)家斯蒂芬·霍金在他的書《時(shí)間簡(jiǎn)史》中，提出了一個(gè)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(gè)方案并不容易實(shí)施。

另一個(gè)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(dòng)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(shí)，會(huì)形成一個(gè)圓盤狀的吸積盤，其最里面的部分會(huì)逐漸被吞噬，但在當(dāng)氣體落向黑洞里時(shí)，它們的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，速度不斷提高，就像一個(gè)自由落體那樣。隨著運(yùn)動(dòng)速度的加快，氣體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)。最終，每個(gè)分子和原子開始以更劇烈地頻繁碰撞——?jiǎng)×业臒徇\(yùn)動(dòng)意味著氣體的溫度變得極高，而這些碰撞將動(dòng)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(gè)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(gè)轉(zhuǎn)換過程的能效就越高。相關(guān)的計(jì)算表明，急速旋轉(zhuǎn)黑洞最高能以約42%的效率傳遞能量。

（未完待續(xù)）