宇宙 等级 7级论 :人类文明 发展 至今 ,竟 还 处于 0级 ? | 宇宙 文明 等级 科普 (上 )「晓涵 哥来 了」
大家 好 我 是 晓涵 哥
今天 我们 来聊
宇宙 文明
地球
是 整个 宇宙 中 一个 微不足道 的 小点
如果 把 宇宙 中 所有 的 星球 都 比喻 成 沙子
那么 地球 可能 连 一粒 小小的 沙子 都 算不上
但是 正是 在 这颗 蓝色 的 小点 上
但是 正是 在 这颗 蓝色 的 小点 上
奇迹般地 诞生 了 生命
并且 顽强 地 延续 了 40 亿年
更 可贵 的 是
还 诞生 了 人类 这样 的 智能 物种
就是 人类 这样 毫不 起眼 的 文明
却 通过 研究 宇宙 微波 背景 辐射
算出 了 宇宙 的 年龄 是 138 亿年
并且 误差 不 超过 2000 万年
从这一点 来说
人类 即 是 渺小 的
又 是 伟大 的
我们 很难 相信
人类 是 宇宙 中 的 唯一 文明
也 不能 自 大地 认为
我们 是 宇宙 的 第一批 文明
宇宙 在 其 138 亿年 的 时间 里
有 极大 的 可能
诞生 又 毁灭 了 无数个 文明
人类 存在 的 时间 只 相当于
整个 宇宙 年龄 的
百分之 0.00015%
如果 存在 其他 外星 文明
那么 在 剩下 的
百分之 99.99985% 的
时间 里 又 会 诞生 多少 文明
某些 文明 如果 经过 1 亿
甚至 是 10 亿年 的 发展
他们 会 是 什么 样子
他们 是否 已经 发展 到 了
我们 完全 无法 想象 的 状态
1964 年
一名 叫做 尼古拉 . 卡尔达 肖夫
前 苏联 天体 物理学家
在 观测 了 类星体 CTA-102 后
提出 了 一个 假想
他 认为
宇宙 中 的 一些 文明 可能 比 我们 领先
数百万年 或 数十亿年
他 创建 了 一个 分类 体系
认为 一个 文明
作为 一个 整体
主要 取决于 两样 东西
能源 和 科技
而 能源 是 科技 获得 发展 的 前提
即 一个 文明 产生 的 能源 越 多
他们 的 科技 就 越 发达
所有 的 文明 发展 都 需要 利用 能源
那么 根据 能源消耗
可以 用来 假设 和 衡量 潜在 的 文明 水平
这个 就 叫做 卡尔达 肖夫 指数
卡尔达 肖夫 最初 只 定义 了 三级 文明
但是 后续 的 研究 人员 根据 这个 模型
把 这个 等级 扩充 到 了 七级
0 级 文明 就是 使用
所在 行星 的 天然资源
像是 树木 、 煤 、 石油 和 天然气 来 获取 能源
这种 文明 的 标志性 特征 就是
任何 火箭 都 依赖于 化学 燃料 推进
在 文明 等级 中
这 类 文明 相当于 婴幼儿 阶段
只能 爬行 还 不能 站立 行走
就是 被 禁锢 在 母 行星 上 的 文明
不幸 的 是
人类 目前 就 处于 0 级 文明
因为 卡尔达 肖夫 提出 了 一个
“ 文明 每秒 产生 多少 能量 ” 的 标准
根据 他 的 说法
第一级 文明 大概 每秒 需要 产生
10^16 瓦特 的 能量
而 著名 的 天体 物理学家 卡尔 萨根 建议
使用 中间 值 建立 一个 公式 来 计算 文明 的 等级
其中 K 就是 卡尔达 肖夫 指数
P 是 这个 文明 使用 的 电力
用 瓦特 为 单位
他 计算 出 人类文明 指数
在 1973 年 的 时候 是 0.7 左右
因为 1973 年 整个 人类 使用 了 10 太瓦 (TW) 的 电力
而 到 了 2015 年
全世界 总 能源消耗 为 550 艾焦
相当于 17.54 太瓦 (TW)
那 带入 这个 公式 计算 可以 得出 0.72
那么 人类 当前 就是 0.72 级 文明
每升 0.1 级 所 利用 能量 的 总和 将 是 之前 的 10 倍
所以 从 0.72 到 1 还是 相当 困难 的
而 著名 的 理论 物理学家 加来 道雄 认为
人类 要 达到 1 级 文明
还 需要 100-200 年 的 时间
而 达到 1 级 文明 如果 要
完全 依靠 地球 的 自然资源
也许 等到 资源 耗尽 也 达 不到
而 这 其中 的 关键 不是
如何 开采 更 多 的 石化 资源
因为 这些 总有 耗尽 的 一天
而是 两个 方向
第一 就是 如何 更好 地 利用 核能
比如 前段时间 很火 的 可控 核聚变 技术
因为 人类 可以 制造 核武器
不 代表 人类 可以 将 其 转化 为 能源
人类 目前 的 核电厂 只是 非常 初级 的 核裂变 技术
而 要 使用 核聚变 产生 能源
则 要 往前 夸 一大步
只有 人类 真正 掌握 了 核聚变 技术
并 将 其 转化 为 清洁 的 能源
人类 才能 快速 跨越 到 1 级 文明
第二 是 如何 更好 地 利用 太阳能
太阳能 是 太阳 内部 或者 表面 的 黑子
连续不断 的 核聚变 反应 产生 的 能量
尽管 太阳辐射 到 地球 大气层 的 能量
仅 为 其 总 辐射 能量 的 22 亿分 之一
但 太阳 每秒钟 释放 到 地球 上 的 能量 总和
相当于 目前 全世界 一年 能源 总 消耗 的 3.5 万倍
但是 太阳能 的 光热
光电 和 光化学 的 直接 转换 是 个 问题
而且 太阳能 的 能量 密度 低
如何 收集 和 存储 也 是 一个 问题
所以 大幅度提高 太阳能 的 使用率
也 是 跨越 到 1 级 文明 的 关键
1 级 文明 就是 行星 文明
就是 可以 使用 和 存储
所在 行星 上 的 所有 可用 能源
包括 风能 , 水能 , 太阳能
以及 一切 在 行星 上 可以 获取 的 能量
当然 这种 并 不是 把 行星 的 所有 资源 都 耗尽
而是 使用 行星 上 的 一切 资源 能够 达到 的 能量 值
就是 能否 达到 每秒 产生 10^16 瓦特 的 能量
这 一级 文明 能够 利用 他们 母 行星 上 的 所有 可用 资源
巧妙 地 驾驭 整个 世界 的 能量 输出
要 达到 1 级 文明
至少 要 掌握 可控 核聚变 技术
能够 高效 利用 太阳能 、 风能 、 地热能
潮汐能 等 清洁 能源
并且 普及 这些 能源技术
可以 在 深海 、 地球 内部 和 近地 轨道 自由 活动
可以 人为 控制 地质 活动
大气 活动 、 海洋 活动 、 生物圈 等 自然 存在
对 微观 领域 的 认识 也 必须 更进一步
1 级 文明 已经 不再 需要 化石 燃料
因为 它们 是 有限 和 不可 持续 的
取而代之 的 是 行星 上 正在 进行 的 自然 过程
如 阳光 , 风 和 潮汐 , 特别 是 对 太阳能 的 获取
比如 NASA 提出 的 天基 太阳能 (SBSP) 的 想法
就是 将 巨大 的 太阳能 收集器
放置 到 地球 轨道
这里 没有 地球 大气 的 扩散
利用效率 成倍增加
也 不受 夜晚 的 影响
只要 获得 高效 转化 太阳能 为 电能 的 方法
这个 时候
获取 能量 就 像 获取 氧气 一样 简单
1 级 文明 的 火箭 不再 使用 化学 燃料
因为 化学 燃料 火箭 存在 极限速度
如果 不 借助 引力 弹弓
甚至 连 第三 宇宙速度 都 无法 突破
冲出 太阳系 都 不 可能
所以 1 级 文明 不 可能 再 使用
这种 效率 低下 的 推进器
取而代之 的 是 锂离子 推进器
正电子 催化 核聚变 推进器
光子 火箭 发动机
这样 可以 轻松 超越 第三 宇宙速度
但是 能量 的 获取 只是
到达 一级 文明 的 一种 表现
这个 时候 的 文明 从 0 级 文明 的 亚 全球化
进化 到 了 真正 的 全球化
全世界 将 拥有 一种 通用 语言
这种 语言 将 被 当做 官方语言 在 全世界 推广
而 本国 的 语言 则 变成 了 一种 方言
目前 看来
英语 和 中文 都 有 这种 可能
这要 看 未来 世界 格局 的 发展 和 变化
会 出现 一种 通用 货币
而 目前 的 加密 货币 则 是 这个 领域 的 一种 尝试
更 令人 印象 深刻 的 是
1 级 文明 还 能 控制 全球 的 天气
全球 变 暖和 海平面 上升 这种 话题 将会 被 终结
甚至 还 能 避免 进入 到 下 一次 的 冰河期
而且 还 能 极为 精准 的 设定 天气
天气预报 将 变得 如 节目预告 一样 精准
而 全球 会 更好 地 协调 雨水
包括 在 干旱地区 多 下雨
和 潮湿 地区 少 下雨
未来 可能 会 制定 一 整年 的 天气
你 可以 为 未来 一年 做好 各种 规划
包括 购买 衣服
这 也许 会 变成 一种 常态
人类 达到 1 级 文明
就 能 控制 整个 地球 的 能量 输出
可以 随心所欲 的 控制 天气
河流 , 土地 , 生物 和 海洋
甚至 控制 地壳 内 物质 的 变化 兴衰
人类 治愈 了 大部分 的 疾病
寿命 会 进一步 提升
达到 自然 寿命 的 极限
也 就是 150 岁 左右
人类 还 将 在 天空 , 海洋 , 地下
建造 各种 居住 设施
人类 的 足迹 也 将 踏遍 太阳系 的
各 大行星 及 卫星
以及 对 火星 和 金星 金星 改造
使 之 成为 地球 之外 适合 人类 居住 的 行星
人类 在 这个 阶段 开始 正式 接触 外星 文明
公开 来到 地球 的 所以 外星 文明
并 和 他们 建立 初步 的 外交关系
并且 开始 了解 宇宙 中 存在 著 邪恶 的 外星 文明
基于 对 这些 邪恶 文明 的 恐惧
这个 时候 的 旅行者 号
还 未 冲出 太阳 引力 范围
人类 将会 使用 更为 先进 的 探测器
追 上 旅行者 号 并 将 其 摧毁
同时 也 不再 主动 向 深空 发射 无线电 信号
加来 道雄 认为
人类 达到 1 级 文明 的 全部 科技 水平
预计 还 需要 3000 年 的 时间
2 级 文明 就是 恒星 文明 (Stellar Culture)
它 可以 控制 所在 恒星 的 总 能量
我们 知道
恒星 就是 所在 星系 的 最大 能量 来源
而 当 1 级 文明 所在 的 星球 甚至 是
所有 行星 及 卫星 都 不能 满足 其
文明 进展 所 需要 的 能源 时
恒星 就 成 了 他们 下 一步 的 能量 来源
1959 年 , 美国 著名 理论 物理学家
曾 是 爱因斯坦 副手 的 弗里 曼 . 戴森 认为
任何 技术 文明 对 能量 的 需求
都 是 稳定增长 的
如果 人类文明 能够 延续 足够 长 的 时间
就 必然 有 一天 对 能量 的 需求 会 膨胀 到
要 利用 其母 恒星 “ 全部 ” 的 能量 输出
他 认为 此时 就 有 必要 建立 能够 拦截
和 收集 母 恒星 发出 的 所有 能量 的 轨道 结构
这个 就 叫做 戴森球
戴森球 就是 利用 一种 人造 巨型 结构
完全 包裹 住 恒星 并 获得 其 大部分
或者 是 全部 的 能量 输出
球体 直径 将 超过 2 亿 公里
戴森 认为 这样 的 结构 是 在 宇宙 中长期 存在
并且 能源需求 不断 上升 的 文明 的 逻辑 必然
但 这样 做 显然 是 不合逻辑 的
首先 就算 耗费 掉 整个 太阳系 的 物质
也 建造 不 出 这样 一个 戴森球
因为 这个 戴森球 首先 会 比 太阳 还 大
而 太阳 占 整个 太阳系 质量 的 99.86%
另 一 反面
太阳 巨大 的 引力 并
不 允许 这种 结构 的 球体 存在
所以 实际 的 戴森球 有 三种 方案
一种 叫做 戴森环
是 使用 一系列 恒星 收集器 排成 一个 圆环
轨道 半径 为 1 个 天文单位 ( 即 太阳 和 地球 的 距离 )
收集器 中心 围绕 圆形 轨道 分隔 3 度 均匀分布
这样 的 结构 可以 利用 恒星 能量 的 1%
要 知道 这个 能量 数值 也 是 非常 惊人 的
第二种 方案 叫 戴森云 (Dyson swarm)
由 数目 巨大 的 密集 环绕 恒星 运行 的 独立 结构 组成
独立 结构 全部 由 人工智能 机器人 生产
这些 结构 既 是 一个 恒星 能量 收集器
又 是 一个 小型 城市
直接 提供 完美 的 居住 环境
同时 还有 取之不尽 的 能源
第三种 方案 叫 戴森泡 (Dyson bubble)
就 像是 一个 虚拟 网络
此 方案 不是 用 环绕 轨道 的 方法
而是 通过 巨大 的 承受 光压 的
太阳帆 来 抵消 太阳 的 引力
这种 方法 实践 起来 仍 存在 问题
但是 对于 2 级 文明 来说 有 潜力 达到
环绕 母 恒星 的 太阳帆 卫星 需要 一个
总 密度 为 0.78 克 / 平方米 的 帆
这 相当于 小行星 智神星 的 质量
理论 上
如果 造出 并 围绕 恒星 部署 了
足够 数量 的 太阳帆 卫星
那么 就 能 组成 一个 非 固定 的 戴森球
这种 结构 既 没有 受到 巨大 压力 影响 的 缺点
也 不必 达到 固定 结构 的 戴森球 所 需要 的 超大 质量
同时 可以 吸收 到 恒星 的 大部分 能量
但 缺点 是 这种 壳体 有 著 跟 固定 结构 的 戴森球
一样 的 光学 和 热力学 特性
可以 被 其他 宇宙 文明 通过 类似 的 方式 侦测 到
因为 太阳能 收集器 会 吸收 和 再 辐射 恒星 的 能量
收集器 辐射 出 的 波长 取决于 它们 的 温度
以及 材料 的 发射光谱
以及 材料 的 发射光谱
由于 收集器 最有 可能 由 重元素 制造 而成
而 这 在 恒星 的 光谱 里 并 不 常见
因此 该 恒星 系统 可能 辐射 出 不合 常规 的 光谱 类型
就 会 被 其他 文明 观测 到
2009 年
旨在 搜寻 地 外行星 的 开普勒 太空 望远镜 升空
使用 凌日 法对 覆盖 天鹅座 和 天琴座 的
超过 15 万颗 恒星 亮度 进行 精确 监测
在 2015 年 的 9 月
一颗 编号 为 KIC 8462852
距离 地球 1400 光年
位于 天鹅座 的 恒星 出现 了
一些 难以 解释 的 行为
一名 美国 女 天文学家 塔 比萨 · 博亚 金
对此 问题 进行 了 分析
并 发表 了 详细 的 研究 论文
因此 这颗 不同寻常 的 恒星 也 被 称为 “ 塔比星 ”
如图所示
当 正常 的 行星 从 恒星 面前 经过 时
恒星 亮度 出现 下降
光度 曲线 上 出现 一个 对称 而 光滑 的 下降 曲线
一般 行星 经过 恒星 时
恒星 的 亮度 下降 会 在 1% 以内
比如 木星 这种 巨大 的 行星
经过 太阳时 也 只会 造成 太阳 亮度 下降 1%
而 这个 塔比星 第一次 被 观察
就 下降 了 15% 的 亮度
而 第二次 被 观察 则 下降 了 22% 的 亮度
这 表示 并 不是 一颗 行星 在 遮挡 恒星 的 光
而是 某个 宽度 相当于 塔比星 一半 的 物体
而 当 科学家 想 第三次
观察 这颗 塔 比星 的 亮度 变化 时
开 普特 望远镜 突然 出现 了 转向 轮 故障
之后 一直 修 不好
就 只好 退役 了
科学家 给出 的 解释 有 尘埃 说
宇宙 彗星 群说 和 巨大 小行星 撞击 说
最新 的 解释 是 通过 反推 法
如果 要 造成 这种 亮度 变化
就 说明 这个 塔比星 周围
有 一个 半径 是 木星 5 倍 的 行星
带有 一个 由 小行星 群 组成 的 光环
这样 在 通过 恒星 的 时候 会 造成
亮度 下降 22% 之多
但是 这样 还是 不能 解释 恒星 亮度 一直 变化
而且 目前 并 没有 在 宇宙 中 观察 到 此类 状态 的 行星
所以 这 就 不得不 让 人 联想 到 了 戴森球 的 存在
有人 在 宇宙 沙盒 软件 中 模拟 了 这 一 景象
如果 塔比星 亮度 被 遮挡住 22%
那么 将会 是 一个 什么样 的 物体
这个 东西 特别 像 科幻电影 《 降临 Arriveal》 里
的 那个 巨大 的 黑色 飞行器
而塔 比星 的 亮度 变化 不 一致 说明
这个 巨大 的 物体 有 可能 可以 随意 改变 位置
进行 不同 能量 等级 的 回收
如果 这 真的 是 戴森球
那么 这个 距离 地球 1400 光年 外
的 天鹅座 塔比 星系
应该 出现 了 一个 2 级 文明
领先 人类 至少 10 万年 以上
而 人类 达到 2 级 文明 以后
整个 地球 会 逐渐 统一 为 一个 整体
不再 有 国家 和 地域 的 限制
种族 概念 也 逐渐 消失
这个 时候 只有 一种 人
那 就是 地球 人
加来 道雄 认为
人类 将 在 10 万 -100 万年 内 达到 2 级 文明
3 级 文明 就是 星系 文明
可以 控制 和 开发 整个 所在 星系 的 能源
3 级 文明 可能 会 使用 2 级 文明 所 使用 的 相同 技术
但 已经 有 能力 把 这种 技术
复制到 整个 星系 的 恒星
同时 , 在 每个 星系 的 中心
都 存在 有 一个 巨大 的 黑洞
而 星系 有 可能 就是 围绕 著 这个 黑洞 旋转
因此
这个 超大 质量 黑洞 也 会 成为 3 级 文明 的 能量 来源
那么 如果 黑洞 的 另一头 是 白洞
那么 理论 上
3 级 文明 还 可以 通过 收集
向外 推进 的 物质 来 提供 大量 的 能量
而 3 级 文明 可能 早 已经 掌握 了
反 重力 推进器 , 量子 推进器 , 星际 冲压 发动机
和 超 空间 发动机 这些 我们 目前
还 处于 想象 阶段 的 技术
空间 跳跃 已经 实现
本 星系 间 的 旅行 已经 成为 了 可能
由于 这个 阶段 的 文明 的 飞行器
仍 未 超过 光速
因此 星际 旅行 仍然 要 耗费 大量 的 时间
这个 文明 已经 完全 治愈 了 所有 的 疾病
并 通过 各种 方式 寻求 永生 的 可能
意识 转移 , 生化 躯体 , 记忆 存储
可以 说 能 获取 到 无限 的 生命
但是 死亡 在 这 一 文明 阶段 依然 无法 完全避免
比如 记忆 备份 被 摧毁
3 级 文明 已经 有 能力
建立 某种 星际 连接 的 网络
在 星系 中 作为 空间 跳跃 的 支点
也 获知 了 本 星系 中 所有 文明 的 存在
但 由于 星系 扩张
难免会 和 其他 文明 产生 冲突
所以 星际 战争 在 这 一级 文明 中极 有 可能 上演
这 一级 文明 会 加入 星系 联盟
成为 整个 星系 联盟 的 一份 子
遵循 相关 的 规定
比如 不 主动 接触 某个 仍 处于 0 级 文明 的 星球
或者 在 一定 条件 的 限制 下 对 其 进行 观察
届时
星系 中 每个 0 级 文明 都 将 设立 一个 保护区
3 级 文明 也 有 责任 去 保护 这些 区域 的 文明
3 级 文明 也 达到 了 卡尔达 肖夫 所 认为 的 极限
他 认为 文明 达到 三级 以后 就 不 可能 再 继续 了
没有 任何 文明 将 超越 三级 文明
但 问题 是
如果 三级 文明 就是 最终 的 文明
那么
我们 这个 宇宙 又 是 如何 来 的
所以
下期 我们 接著聊 宇宙 4-7 级 文明
PEACE OUT