03.04 什麼水平的文明可以造出戴森球?

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按照前蘇聯科學家卡爾達肖夫提出的理論,能造出戴森球的文明需要達到第二等級的水平。

那麼戴森球是為何物?

這是一種直接吸取恆星能量的裝置(如下圖)

當然了,要建造這樣一個龐然大物,以目前的人類科技,就是天方夜譚。不過按照那位蘇聯科學家的理論,人類如果不停的發展,終會有一天達到這樣的程度,但在此之前需要先達到第一等級。

所謂第一等級,就是人類可以完全掌控地球的能源,無論是地表上的,還是地心身處。按照這樣的標準,人類目前的等級大約是0.7級,雖然至今都沒能挖透才幾十公里厚的地殼。

有人說,人類將會在一個世紀內達到第一等級,我看未必,月球都已經是快50年前登陸的了,50年後的今天,似乎並沒有出現跨越式的進步。

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賽先生科普


卡爾達肖夫指數是用一般方法來度量文明的指標,有蘇聯科學家卡爾達肖夫在1964年提出,主要從能源的使用率入手,將文明分為3個級別,分別稱為卡爾達肖夫I型、II型、III型。I型文明可以駕馭一顆行星的能量,II型文明可以駕馭一顆恆星的能量,而III型文明可以駕馭一整個星系的能量。如果一個文明能夠建造戴森球,那麼這個文明可以以此為里程碑視為步入了II型文明的階段。

戴森球是物理學家、天文學家弗里曼.戴森提出的一種結構,在恆星周圍建立圍繞恆星的能量收集器,規模可以達到行星軌道半徑尺度。在這個模型中,恆星發出的大量能量可以被收集器吸收,這種巨大且儲量巨大的能源可以滿足高級文明的需要,戴森認為這是技術文明長期生存發展的必然要求。對於太陽來說,如果建立一個戴森球,我們可以利用太陽能量的一部分,而太陽的輸出功率高達4*10^26瓦!

要建造戴森球,首先這個文明要有利用恆星級能源的需要,目前人類暫時還沒有這種需要,且直徑為一個天文單位的戴森表面積可達到地球表面積的6億倍,利用地球上的資源來建造是遠遠不夠的,需要在宇宙進行採礦,比如開採其他行星,這對太空採礦提出了很高要求。

此外,如何提高生產力也是一個很大的問題,以人類目前的生產力,就算用地球上的資源都難以生產出所需的材料。所以要建造戴森球,首先要有這個大的能源需求,還要有較強的太空技術和高超的生產能力。牛津大學的斯圖亞特.阿姆斯特朗認為可以採用循環方式來建造戴森球,隨著工程的進度不斷推進,生產效率將不斷提高,最終可能在一個世紀內完成戴森球的建造。


深空電報


上世紀60年代,正是人類尋找外星文明最活躍的時期,於是關於宇宙文明等級的劃分應運而生,可以分位三個等級,劃分的主要標準是根據文明的能源使用和消耗來制定的。

第一等級,也就是行星文明,這種文明可以利用控制所在行星的全部能源,雖然是最低等級的宇宙文明,但目前的人類仍舊沒有達到這一文明,只有0.7級文明。

第二等級是恆星文明,可以利用控制所在恆星系統的全部能源,達到該級別的文明應該可以輕鬆進行星際旅行,甚至研究出“超光速”旅行的方法,比如說“曲速引擎”技術。科學家們分析,人類想要達到這種文明需要上千年的時間。



第三等級,星系文明。簡單生活,就是可以利用控制整個星系的能源,包括黑洞。這個等級的文明對於我們來說簡直就是“神”一般的存在,他們在物理定律允許的範圍內具有超乎想象般的能力,人類想要晉級這種文明至少需要上萬年的時間。

而對於第二等級的恆星文明,有一個很好的衡量標準,那就是“戴森球”,如果一個宇宙文明能夠成功駕馭“戴森球”,那麼就可以說已經是恆星文明瞭。戴森球,簡單來說,就是包裹住幾乎整顆恆星的巨大建築,利用高科技水平獲取恆星的幾乎全部能量,為文明自己所用,甚至整個文明都可以居住在“戴森球”裡面。



我們都知道,我們的太陽也是一顆恆星,具有巨大的能量,而我們人類對於太陽能量的利用率僅僅只有10的9次方分之一,這是極其低下的。隨著人類發展,我們勢必需要更多更高效的能源,而如果能夠直接利用“戴森球”來獲取太陽能量,對於人類來說意義非凡。

但是目前的人類科技根本不能駕馭“戴森球”,它只存在科幻裡。不過目前科學家們已經在研製龐大的太陽帆,充分利用太陽的能量能達到光速10%的飛行速度,理論上講,“戴森球”就像無數個太陽帆組成的巨大結構。這也意味著,“戴森球”在理論上是行得通的,但需要科技水平足夠發達。


最近兩百年,人類科技發展突飛猛進,不過在接下來兩百年時間裡,如果人類還想再來一次科技上的巨大飛躍,在能源使用方向上必須有一個質的突破,說白了必須徹底拋棄傳統化學能源,使用更高級的能源,比如說能夠完全駕馭核聚變的能量,甚至反物質的能量,只有這樣,人類才能更快的真正成為一級文明,同時向二級文明邁進!


宇宙探索


“戴森球”是弗里曼·戴森在1960年就提出的一種理論。“戴森球”就像一個罩子,通過這個罩子如果把一顆恆星或者整個星系籠罩起來就能收集並控制該恆星或者星系所有能量並化為己用。那麼達到什麼程度的文明才可以製造出“戴森球”呢?科學界曾經把宇宙文明等級分成三個級別,那就是卡爾達舍夫文明等級。認為第一個宇宙文明等級是該文明可以自由控制自身所在行星上所有能量。而第二級文明則可以控制自身所在恆星系所有能量。第三級文明可以控制自身所在星系所有能量。那麼在這三個等級的文明裡中也只有第二級和第三級文明才能製造出戴森球。而地球文明現在還不能完全控制地球的所有能量,所有地球文明現在還不能實現戴森球的製造,且科學家能通過計算得出地球文明現在的文明級別也只有0.73級別。在經過數百年後會進入一級宇宙文明控制地球所有能量,再經過數萬年達到二級文明可以製造出戴森球控制整個太陽系的能量。如果地球文明還可以存在很久,那麼許久以後地球也可能達到三級宇宙文明那麼也可以製造出更龐大的戴森球去控制整個銀河系的能量。


遇見H未來


“戴森球”,1959年弗里曼戴森發表了兩頁紙的論文,他在文中指出,一個高級文明為滿足文明發展所需,恆星是最佳的能量來源,且清潔無汙染,所帶來的巨大能源是無法想象的,他於是提出了“戴森球”設想。

不過,很多人會把它理解為完全包裹住恆星的一種結構,其實不然,它可以是任何式樣的。戴森最初的設想是這樣的,建造幾十萬個巨型的殼體(太陽能收集板),它們分佈在不同的圍繞太陽運轉的軌道上,並未形成大家想象中的那種球形態,簡單理解,就是收集太陽輻射能量,利用這些在獨立軌道上運行著的太陽能收集板。

建造的難點在於,材料哪裡來?

總不可能在地球上挖吧,事實上,一個地球的資源是不夠建設的,所以,可以將目光放在水星、金星上,可能需要將這兩個行星給“拆解”了,並且還要將“魔爪”伸入小行星帶中,不然材料是肯定不夠的。

並不需要一次建造成功,即便是建造完成一個殼體,我們也可以依靠一個殼體收集的能量來支撐以後的建造,並且,隨著工程的進展,建造速度也越來越快。

那有的人會有疑問,收集而來的能量怎麼輸送回地球上呢?

我想,隨著科技的進步,假以時日可能實現電能-能量-電能的高效率超長距離的無線傳輸,另外,太陽能收集板獲得的所有能量並不要全輸送回地球,人們可以在那裡建造能源基地,並生產飛船以及其它完成品,省去了一些麻煩的步驟。

至於何等級文明能夠建造戴森球?

根據卡爾達肖夫指數,一級文明只可以駕馭本星球(行星)的能源,我想,至少文明的層次要達到一級文明上等才行吧,而如今的人類文明層次僅為0.72級,離所謂的一級文明還相差甚遠,尚且需要幾百年的時間,所以,建造戴森球,至少是一千年以後的事情了。


科學船塢


戴森球本質上就是一種能量接收裝置,這種球形結構環繞在恆星周圍,捕獲恆星的能量來用於文明的發展。恆星每秒會產生巨大的能量,例如,太陽每秒釋放出的能量為3.85×10^26焦耳,這足夠目前人類使用上百萬年。文明的發展依賴於能量,戴森球在理論上可以成為有效的能量來源。

按照卡爾達肖夫指數的劃分,只有當文明發展到恆星級或者II型水平時,他們才有能力建造戴森球,駕馭恆星的能量,在不同恆星系統之間自由來去。相比之下,剛剛進入太空時代不久的人類文明還沒有發展到I型文明,距離II型文明還遠著。根據物理學家加來道雄在他的著作《The Physics of Interstellar Travel: To one day, reach the stars》中的估計,人類文明還要數千年的時間才能發展到建造戴森球的地步。

不過,想要建造戴森球絕非易事,因為想要建造環繞恆星的巨型薄殼結構需要大量的物質。在太陽系中,太陽的質量佔比高達99.86%,如果要建造環繞太陽的戴森球,就需要四顆巨行星的物質。而為了獲取這些物質需要克服巨行星行星的巨大引力結合能,這又需要巨大的能量。因此,想要建造戴森球就得初步解決能量來源問題,核能可能很難辦到,反物質能量或是一種選擇。

此外,通過觀測其他恆星周圍是否存在類似戴森球的巨型結構,可以搜尋地外文明。不久前,天文學家發現位於1500光年之外的塔比星(KIC 8462852)的亮度突然發生驟變,有人認為這是外星文明建造的巨型建築。不過,後來的觀測表明,塔比星的亮度異常變化很可能是來自於該恆星周圍的塵埃環。


火星一號


一個文明要想長久發展下去有一個最重要的因素,那就是充足的可利用的能量。而能量的來源都是所處恆星系的中心天體恆星,例如人類的能量都是來自太陽的輻射能。

但是我們接受到的來自太陽的能量大約也就是太陽釋放總能量的數十億分之一都不到。這樣恆星能源對於文明的利用率就是非常低的,太陽每秒鐘可以釋放3.85×10^26焦耳的能量,這些能量如果能夠被收集起來足以夠我們使用數百萬年。而所謂的戴森球簡單的來說就是收集恆星資源用的人造物體。
根據卡爾達舍夫文明等級來劃分:

  • I型文明可以充分利用所屬行星及其周圍衛星的能量,又被稱為行星級文明;
  • II型文明可以利用整個恆星系統的能量,主要是恆星能源的開發利用,又被稱為恆星級文明;
  • III型文明可以充分利用一個星系的總能量,可以實現在不同的星系間穿梭。

由此可見大約達到II型文明就可以建造出戴森球,或者換一種說法I型文明末期建造出戴森球的工程,那麼也就從I型文明升級為II型文明。


而我們人類文明現在連I型文明都達不到,現在為止也就12個人飛出地球登上過月球,當然也僅是去看了一看。人類要想建造出戴森球,至少還得需要數千年的時間。


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科學黑洞


什麼水平的文明可以造出戴森球?

“戴森球”是最近興起的一種想象超級文明利用能源的方式,事實上這個概念早在上世紀五十年代末的時由弗里曼·戴森就已經提出,只是在2011年時在天鵝座方向發現了距離地球1480光年外的KIC8462852恆星的週期性光變現象,但事實上這顆恆星並沒有發現行星的凌星或者多普勒頻移等行星現象!

KIC8462852恆星的位置

光變最大甚至超過22%,並且在2017年5月19日觀測到了預計中的光變現象!但事實上KIC8462852並不存在想象中的戴森球,只是一個塵埃帶剛好位於地球與KIC8462852之間的軌道運行!

因此KIC8462852上的“戴森球”至少是不存在的,案例來說超級文明不可能使用這種“金扁擔"來幹農活的,我們地球文明這種上不了檯面的"小農"想法只會貽笑大方而已!

不過這並不影響我們胡亂猜測下戴森球是的建設門檻!我們先來計算下假如在距離太陽一億千米處建立一個厚度約一千米的殼體,大約需要多少建材:

這個一億千米半徑的球體面積約

S=4π×100000000^2=12732395461900510.88KM^2

近似計算其體積:

V=12732395461900510.88平方公里×1公里=12732395461900510.88KM^3

約合:1.27×10^16km³

地球的體積約:1.0832073×10^12km³

水星的體積約:6.083×10¹⁰㎞³

金星的體積約:9.27×10^11km³

火星的體積約:1.6×10^11km³

小行星帶約:這個加起來都沒有一顆水星大!

即使所有這些岩石質天體加起來遠遠不足以造一個戴森球,必須得把木星和土星等氣態天體拆了才可以!但這些氣態天體的90%甚至更高的比例都是氣體!換句話將就是把太陽系所有除太陽外的天體都拆了,都造不出一個半徑一億千米,厚度一千米的戴森球,那麼就不是技術的問題了,還要去臨近的恆星系拆遷......

如果造的薄一點,比如100M厚度也許就差不多了,哈哈.....

如果是直接搬遷小行星帶的材料建造,那麼AI成熟後,加上離子電推以及高效的太陽能電池,即可開始建造“戴森球”了!但這是不惜時間與金錢代價的,門檻其實不高,但什麼時候建造完成呢?如果按每天一平方公里(現在就是材料運輸都以年為單位哦),那麼也需要1.27×10^16年,尚未完工,太陽早就成為紅巨星了,把你的半拉子工程統統燒了,連AI機器人一起!!!


星辰大海路上的種花家


答:當人類達到Ⅱ型文明,有能力對太陽系的所有能源進行利用時,就可以製造戴森球。


戴森球是英國物理學家弗里曼·戴森,在上世紀提出來的一個理論設想,戴森球由環繞恆星的衛星組成,並完全包圍著恆星,然後收集恆星的絕大部分甚至全部能量。




我們試想一個在技術上擁有無限可能的文明,它們對能源的需求肯定是巨大的。在宇宙中,恆星因核聚變釋放的能量,對高級文明來說是最容易加以利用的,那麼獲取恆星能源的高級方式之一,就是製造戴森球包圍著這顆恆星,然後源源不斷地獲取恆星的能源。


科學家戴森認為,戴森球是發展到一定階段超級文明的邏輯必然,於是人類可以利用搜索戴森球來發現超級文明,當然這只是一個科學幻想而已,目前沒有證據能證明宇宙中戴森球的存在。




按照高級文明對戴森球的需求方式,這樣的文明,起碼達到了Ⅱ型文明,即能夠獲取整個恆星系統的能源。


目前,人類還不足以利用整個地球的能源,處於卡爾達舍夫等級中的0.7,人類要達到Ⅱ型文明,起碼還需要發展幾百年甚至幾千的時間。




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艾伯史密斯


迄今為止,雖然人類還沒有發現任何其他文明的痕跡。然而宇宙之大,浩瀚無邊。光我們銀河系中就有1500億個恆星系統,這其中的行星數量或比恆星還多,在這麼多的行星中,即便以地球的生命和文明形成的標準來衡量,應當也有不少有生命或者已經形成了文明的星球。而人類通過一些天文觀測手段也發現,即便在距離我們太陽系一千光年之內,也至少有數百顆像我們地球這樣的類地行星,這些行星上都是很有可能有生命的。

我們人類文明形成至今不足萬年,可考證的埃及和兩河流域文明約6000年,印度和中國文明約5000餘年,工業文明不過300來年,信息科技出現不過30多年,然而宇宙中的星球動輒都是億萬年來計算的,怎麼來看的話,實際上我們人類文明其實只是處於初級階段。

1960年的時候,天文學家弗里曼.戴森提出了一種關於宇宙文明階段劃分的假設,他將宇宙文明的級別劃分為三階,第一屆文明是行星文明,就是這樣的文明,可以控制一個行星上的職員和能源,可以隨意改造行星;第二級文明是恆星文明,這一級的文明可以控制一個恆星系統的能源和資源,可以隨意的改造恆星以及其中的一些天體;第三級文明是星系文明,這一類的文明可以控制一個星系的能源和資源,可以改造星系,並且往來出入於星系之間。

戴森球是弗里曼.戴森對於第二級文明即恆星文明作出的遐想,他認為,當一個文明發展到第二級文明的時候,將可以利用所在的恆星發出的能源來供給這個文明的發展,怎樣利用呢?他認為這樣的文明會建造一個巨大的球體,將所在的恆星或者恆星星系包圍起來,這樣,這顆恆星發出的光將會被截留作為能源利用,這種帶身球是一個巨大的球體,比如以我們太陽系為參考,在地球的軌道上建造戴森球的話,那麼這個球體的體積將會達直徑三億公里,嗯,如果將太陽系的宜居帶全部囊括在內的話,那麼這個戴森球的直徑將會長達6億公里,這比太陽到晚年膨脹成紅,巨星的體積還要大很多。


雖然關於戴森球的設想有一定的道理,而且科學家們在進行關於外星文明的一些天文觀測的時候,也會參考這種假說。然而我們還是很難想象如何製造這樣龐大的球體結構,它所需要的物質從哪裡來?而且在看我們人類目前所利用的能源,比如電能,光能來源其實只佔了很小一部分,將來如果人類掌握了氫核聚變的發電技術,那麼電能的來源將不是大問題,所以如今很多科學家對於戴森球的設想並不持贊同的態度。


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