面對氣候變化、森林砍伐和生物多樣性的喪失，創造一個可持續的文明版本是人類最緊迫的任務之一。但在面對這一巨大挑戰時，我們很少會問最緊迫的問題:我們如何知道可持續發展是否可能?天文學家已經清點了宇宙中相當大一部分的恆星、星系、彗星和黑洞。但是擁有可持續文明的行星也是宇宙的一部分嗎?或者，在宇宙中出現的每一種文明都只存在了幾個世紀就會引發氣候變化嗎?
天體物理學家亞當·弗蘭克(Adam Frank)是羅切斯特大學(University of Rochester)的物理學和天文學教授，他是一群研究人員中的一員，他們已經邁出了回答這些問題的第一步。在《天體生物學》(Astrobiology)雜誌上發表的一項新研究中，包括弗蘭克(Frank)、羅切斯特大學(Rochester)高級計算科學家喬納森·卡羅-奈勒貝克(Jonathan Carroll-Nellenback)、華盛頓大學(University of Washington)的瑪蒂娜·阿爾貝蒂(Martina Alberti)和馬克斯·普朗克生物地球化學研究所(Max Planck Institute for Biogeochemistry)的阿克塞爾·克萊登)在內)在內的研究人員在內，從“天體生物學”的研究人員從“天體生物學”的角度探討了這些問題。
“天體生物學是對生命及其在行星環境中的可能性的研究，”弗蘭克說，他也是新書《恆星之光:外星世界與地球命運》(Light of the Stars: Alien Worlds and the Fate of the Earth)的作者。“這包括‘外星文明’或者我們通常所說的外星人。”
弗蘭克和他的同事們指出，關於氣候變化的討論很少在這個更廣泛的背景下進行——一個考慮到這不是宇宙歷史上第一次一個星球及其生物圈進化成類似於我們在地球上創造出來的東西的可能性。“如果我們不是宇宙的第一個文明，”弗蘭克說，“那就意味著，對於一個年輕文明的命運，就像我們自己的進步一樣，很可能會有規則。”
隨著一個文明人口的增長，它使用了越來越多的地球資源。通過消耗地球的資源，文明改變了地球的狀況。簡而言之，文明和行星並不是分開進化的;它們相互依存，我們自身文明的命運取決於我們如何利用地球資源。
為了說明文明-行星系統是如何共同進化的，弗蘭克和他的合作者開發了一個數學模型來展示一個技術先進的人口和它的星球是如何共同發展的。通過考慮文明和行星——甚至是外星文明——作為一個整體，研究人員可以更好地預測人類文明計劃生存所需的條件。
“關鍵是要認識到，推動氣候變化的因素可能具有普遍性，”弗蘭克說。“物理學定律要求，任何像我們這樣正在建設能源密集型文明的年輕人，都會對地球產生反饋。”在這個宇宙背景下看到氣候變化可能會讓我們更好地瞭解我們現在正在發生什麼，以及如何應對它。
通過他們的數學模型，研究人員發現了在文明星球系統中可能發生的四種情況:
死亡:人口和地球的狀態(用平均溫度來表示)上升得很快。最終，隨著全球氣溫的上升，生存環境變得更加困難，人口數量會達到頂峰，然後迅速下降。穩定的人口水平是可以實現的，但這只是高峰人口的一小部分。弗蘭克說:“想象一下，如果你認識的人中有七個人死得很快。”“目前還不清楚複雜的技術文明能否經受住這種變化。”
可持續性:人口和氣溫的上升，但最終都達到穩定的價值，沒有任何災難性的影響。這種情況出現在模型中，當人們認識到它對地球產生了負面影響，並從使用高影響資源(如石油)轉向使用低影響資源(如太陽能電池)
沒有資源變化的崩潰:人口和溫度都迅速上升，直到人口達到峰值並急劇下降。在這些模型中，文明崩潰了，儘管還不清楚物種本身是否完全消亡。
隨著資源變化而崩潰:人口和溫度上升，但人口意識到它正在造成一個問題，從高影響資源轉向低影響資源。情況似乎暫時趨於平穩，但反應卻來得太晚了，人口也隨之崩潰。
“最後一種情況是最可怕的，”弗蘭克說。“即使你做了正確的事，如果你等得太久，你的人口還是會崩潰。”
研究人員建立了他們的模型，部分基於對滅絕文明的案例研究，例如復活節島的居民。公元400年至700年間，人們開始在該島定居，並在公元1200年至1500年間達到了人口最多的10,000人。然而，到了18世紀，居民們耗盡了他們的資源，人口急劇下降到大約2000人。
復活節島的人口死亡與一個被稱為承載能力的概念有關，或者是一個環境能夠支持的最大物種數量。弗蘭克說，地球對文明建設的反應才是氣候變化的真正意義所在。“如果你經歷了非常嚴重的氣候變化，那麼你的承載力可能會下降，因為，例如，大規模農業可能會受到嚴重干擾。”想象一下，如果氣候變化導致中西部停止降雨。我們無法種植糧食，我們的人口也會減少。
現在研究人員還不能確定地預測地球的命運。接下來的步驟將是使用更詳細的模型，說明當文明消耗任何形式的能量時，行星的行為方式。與此同時，弗蘭克發出了清醒的警告。
他說:“如果你足夠改變地球的氣候，你可能無法改變它。”“即使你放棄了，開始使用太陽能或其他影響較小的資源，也可能為時已晚，因為地球已經在改變。”這些模型表明，我們不能只考慮人口自身的進化。我們必須考慮我們的星球和文明共同進化。
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