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宇宙文明等级科普,人类还处在0级文明,1-3级文明介绍
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,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%,另一方面,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,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”,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着这个黑洞旋转,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?
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