[中配]探索宇宙的文明等級及外星生命

看到現代科學的發展, 似乎最重要的發現已經全部做完了。 但至少在你生命中的某個時刻, 外星生命存在的想法一定曾經在你的腦海中閃過。 你曾懷疑這在現代知識的觀點下是否可能? 但是科學家對此怎麼看呢? 他們如何想像潛在的外星生命形式? 在這個視頻中,我們將介紹卡爾達肖夫文明等級, 以幫助你更詳細地理解這個話題, 並瞭解科學家們對潛在外星生命形式的看法。 我們文明在宇宙尺度上處於什麼級別? 我們何時才能達到下一個等級? 最終,哪個文明統治著整個星系? 1964年,俄羅斯天體物理學家 尼古拉伊·謝莫諾維奇·卡爾達肖夫制定了文明的理論分類, 不僅考慮了我們自己的文明, 還考慮了宇宙中可能存在的其他文明。 卡爾達肖夫文明等級是一個完全假設的等級, 基於我們人類對技術和能源生產的理解, 也就是說,技術越好,能夠消耗的能源就越多, 能量越多,技術就會越好。 這顯示了一種無盡的相互依賴關係。 卡爾達肖夫等級的原始版本沒有涵蓋中間值, 然而卡爾·薩根提議通過差值和外推 來擴展這個等級尺度的適用性, 將其從等級尺度轉變為絕對尺度。 那麼讓我們開始旅程吧! 零級文明就是人類文明, 我們現在處於零級, 在這個層級並不是所有的星球能源都被使用, 但是為什麼我們的人類文明連第一個等級都沒有達到呢? 今天我們利用多種自然資源來產生能源, 如風能、水能、太陽能和核能。 然而根據天文學家卡爾·薩根的計算, 我們目前的知識和研究水平勉強足以稱自己為零點七級文明, 能源消耗大約為四乘以十的十二次方瓦特。 這個數值源於人類大約只使用了地球總能源資源的百分之零點一六。 它是如此之小, 如果一杯普通的水代表地球的全部能量體積, 我們甚至連四分之一茶匙都沒有喝到。 如果許多國家的GDP每年增長百分之一到百分之二, 我們需要再過一百到兩百年才能被稱為一級文明。 一型文明是行星級文明, 想像一下能夠控制從海嘯到地震的天氣, 我們可以從周圍的一切中獲取能量, 甚至是大陸板塊的運動和正常的降雨。 電力問題將消失, 我們將停止耗盡地球的自然資源, 擺脫對石油的依賴, 也許會湧現出根本不同的職業, 比如大陸板塊構造師或氣候工程師。 一級文明能夠利用從恆星到其星球的所有能量, 精確來說是十的十六次方瓦特。 對於地球來說大約是一百五十拍瓦特, 一後面跟著十七個零, 這遠遠超過人類能利用的量。 2019年全球平均能源消費估計為20.0太瓦, 相當於卡爾達肖夫-薩根差值等級的0.73。 如果我們真的想用當前的方法利用地球接收到的所有太陽能, 就必須用太陽能收集器覆蓋整個地球表面。 這不僅會非常昂貴,而且不切實際, 因為人類將被迫生活在地下某個地方。 然而,我們可以通過另一種方式獲取等量的能量, 例如通過在太空中建造大型太陽能發電站, 或通過建造和廣泛使用熱核能發電站。 要成為一種一級文明, 我們必須每秒將約280公斤的氫轉化為氦並收集釋放的能量, 這將相當於每年不到90億公斤的氫。 雖然這聽起來很多, 但與一立方公里海水中的數據相比還是少了1000倍。 而且,由於地球的海洋中含有大量的立方公里水, 我們作為第一類型的文明至少可以供應能量達10億年。 類型二文明是一種恆星文明, 第二類文明能夠利用中央恆星發出的任何能量, 在我們的案例中是太陽能量為10的26次方瓦, 超過我們當前的能源消耗率1000億倍。 如果我們能夠利用宇宙的太陽能, 那麼我們將是卡爾達肖夫等級的二型文明。 實現這一目標最著名的方法就是所謂的戴森球。 這種方法的概念源於天文學家弗里曼·戴森, 並在1960年代就已經發展起來。 簡單來說,戴森提議在恆星周圍構建一個系統, 收集所有能量,並使其可用。 如果你在太陽周圍建造一個直徑與地球軌道直徑相等的球形膠囊, 你將獲得大約與我們現在在地球上接收到的能量相同的能量。 然而總的來說,我們可以利用全部10的26次方瓦特的能量, 在這個戴森球內部我們還會有更多的空間, 它的表面積是地球的550倍。 聽起來在理論上不錯,但實際上存在一些問題。 我們在球殼內部不會感受到引力, 我們必須以某種方式使巨大的球形結構旋轉, 以創造人工重力。 我們還需要根據太陽的相對位置來改變和調整這種結構, 以防止它隨著時間的推移而橫向移動。 似乎這還不夠,球體的材料必須是不可思議地強大, 以承受運作時的力量。 而且可能連材料都不夠。 我們不得不從整個太陽系各地收集, 拆解像火星、水星或金星這樣的整個行星, 以獲得氣體行星內部的巨大核心。 即使這可能實現, 我們也只能建造一個厚度為15釐米的球形結構。 它將成為彗星、小行星和其他外部物體撞擊球體的易受攻擊目標。 當然,也可能有一些替代方案。 我們可以建造一個戴森群,而不是戴森球。 換句話說,就是許多小型結構環繞太陽運轉, 盡可能多地收集能量。 那麼我們可以選擇住在那裡, 或者以某種方式將能量傳輸到地球上。 人們也可以建造一個環而不是完整的球體。 或者我們可以尋找其他方法來獲取第二類所需的能量。 II型方法可以在不同的星球上使用, 從而提高產量。 我們可以直接從恆星那裡偷一些氫, 然後用它來為核聚變電廠提供能源。 那些已經達到第一級的文明足夠先進, 可以大量生產反物質並利用它作為能源。 我們還需要一千到兩千年的時間才能稱自己為II型文明。 達到第二類的文明將會在人造星球上定居, 以便完全控制它, 實際上生活在太陽內部。 在我看來,這聽起來相當苦。 但即使你已經用光了這顆星星的能量, 你仍然可以更進一步。 畢竟天空中佈滿星塵, 為什麼要讓這些能量閒置呢? 因此,卡爾達肖夫創建了第三級, 三級文明是銀河級的。 在我們的情況下, 達到這個水平意味著能夠利用銀河系中的任何能量。 這樣的文明的能量消耗被估計約為 我們的銀河系有數千億顆星星, 因此可以收集到數千億倍的能量。 當然,人們可以簡單地用合適的戴森結構包圍星星。 因此,整個銀河系將由戴森球系統構成。 能源儲存方法將進入一個全新的層次, 但誰知道這些文明還可能發明出什麼呢? 也許它們可以以某種方式 利用位於我們銀河系中心的超大黑洞附近釋放的能量, 或者它們可以利用超新星爆炸產生的能量。 只能猜測。 在戴森球之間旅行將變得司空見慣, 我們將能夠填滿銀河的每個角落。 我們的生命幾乎會追求無限。 我們的導航系統將擁有整個銀河系的地圖, 我們可以去其他星系度假。 理論上,我們可以尋找這樣的超文明。 被戴森球遮擋的星星不再可見, 但球體本身會升溫,並將熱量釋放回太空。 我們看到的不是星星,而是一個微弱發熱的球體, 也就是說,紅外光與恆星或行星發出的自然紅外輻射截然不同。 如果銀河中的每一顆星星或者至少大多數星星都以這種方式被改變, 我們將會通過從特定銀河傳來的光線變化注意到這一點。 人類需要再生存十萬年並不斷在技術上進化才能達到這個進步水平。 訪問這樣的文明就像是科幻世界中的情節。 這種類型的文明將能夠殖民恆星系統, 並在獲得恆星能量的同時建立大量的戴森球。 銀河將成為三級文明的遊樂場,這實在令人難以想像。 因此主要類型之間的差異是十億倍, 也就是說IIII型文明的能源消耗是II型文明的十億倍。 卡爾達肖夫等級也引起了其他理論物理學家的興趣, 這就是為什麼出現了新的文明等級, 例如他們中的一些統治著整個世界。 如果您感興趣,我們會製作關於下一個階段的續集。