03.05 戴森球是什麼意思?

牛192342103


戴森球是個什麼鬼?是一種體育運動嗎?是不是跟籃球、足球差不多?哈哈~

要說這個問題,需要先來說說宇宙文明等級,也叫卡爾達舍夫等級(Kardashev scale )。1964年蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫(Nikolai Kardashev)設想為宇宙文明分級,於是發明了一種通過掌握不同能量控制技術進行宇宙文明等級的劃分方法,即:

等級一:行星系文明,是行星能源的主人,可以主宰整個星球能源的總和,比如地球;

等級二:恆星系文明,能夠收集整個恆星系統的能源,比如太陽;

等級三:星系文明,可以利用整個星系的能源,比如銀河系。

我們人類文明現在可以說處在等級一,但其實還沒有完全達到,比如可燃冰這種能源,我們就還沒有掌握其開採和應用,可控核聚變也沒有成功,至於還有沒有其它我們不知道的能源,現在也不能確定,所以還不能說我們現在已經完全掌控了整個地球能源的總和,因此應該說我們正走在通往一級文明的路上。

可能存在的星雲生物

三級文明,掌控整個星系的能源,這個實在太過遙遠,我們甚至無法想象如何才可能做到。

二級文明,雖然說離我們仍然很遙遠,但其碼還可以想象一下。是的,這篇文章說的就是與利用整個恆星的能源有關。

如何才能利用整個恆星的能源呢?二十世紀六十年代,物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)就提出了一個“球形能量源”的概念,即可以在一顆恆星周圍建立起球形結構,獲得最大化的恆星能量。這個超級能量殼體就是所謂的“戴森球”,也就是建一個球把整個恆星包起來,從而可以利用恆星所發出的幾乎所有能量。

這時你一定會想:我的媽呀!那這得多少材料才能建造這麼個大傢伙?整個地球搭進去夠不夠?太陽可是比地球大多了!好吧,那我們就來計算一下,一個戴森球的體積可能會有多少。(好像很好玩的樣子)

中學學的計算球體的體積公式,大家都還沒忘吧?

r-球的半徑。

計算球殼的體積,即為整個球的體積減去中間空心部分的體積,而空心部分也是個球體,它的半徑也就是球殼的內半徑,所以公式為:

r1-整個球的半徑,球的外半徑;

r2-空心球的半徑,球的內半徑。

r1-r2即為球殼的厚度。

接下來就要確定這兩個半徑的大小了。

首先,太陽的半徑是:696,000km(千米,公里),不到70萬公里;

其次,我們都知道太陽溫度極高,中心溫度高達1,500萬度,表面溫度約為6,000度。表面溫度看起來似乎並不是很高,然而這不是主要的,日冕,太陽大氣的最外層,其溫度比表面溫度高多了,可達100萬度,因此建的戴森球不能離得太近。至於為什麼日冕會比太陽表面溫度還高,而且高那麼多,科學家們至今還沒有揭開這個謎。這個溫度高達100萬度的區域大概離太陽5,000km左右,加上這個距離,太陽的半徑差不多剛好是700,000km(70萬公里)。

如果你以為據此就可以來設定戴森球的半徑,比如加個一倍多,設為150萬公里應該足夠了吧?那可就太天真了!

巨大的日珥

太陽上有一種自然現象,叫“日珥”,是在太陽的大氣層上產生的一種非常強烈的太陽活動,可看作太陽吐出的火舌,火舌到達一定高度又回落下來,形成一個圓環,好像太陽的一個耳朵,故叫日珥。

也許你認為這可能與地球上的火山噴發差不多,不會有多高,與太陽半徑比起來可以忽略不計,那就又大錯特錯了。大的日珥通常有幾十萬公里高,至今觀測到的最大的日珥爆發於1938年,高達157萬公里,比太陽的直徑(約140萬公里)都還大。而日珥的溫度可達7,000度,所以在設計戴森球的時候不得不考慮它的影響。

最大的日珥近160萬公里高,加上太陽半徑約70萬公里,即為230萬公里。那戴森球的半徑應該設為多少呢?看來似乎是一個難題了。

不過我們有一個參考值,美國將在2018年發射的太陽探測器,所設計離太陽最近點約700萬公里,其所能承受的溫度為1400度。設想當能建造戴森球的時候,科技又比現在有了非常非常大的發展,因此離太陽再近一倍應該是沒問題的,即350萬公里。考慮到日珥距日心的距離為230萬公里,留有一個安全餘量,可以再近一點,儘可能節省材料,300萬公里應是一個合適的距離。

好吧,那就定300萬公里!

接下來還要考慮一個問題,那就是球殼的厚度,這也直接關係到體積和材料的用量,當然應儘可能薄以節省材料,考慮到應有的堅固性,至少應該有10米(0.01km)的厚度。

將這些數據代入上面的公式,即:4×3.14×(3,000,000³-(3,000,000-0.01)³)/3=1.1304×10¹²km³即大約是1.13千億立方千米,而地球的體積只有約1.08千億立方千米(1.0832073×10¹²km³ ),看來一個地球真的是不夠啊!

當然,科技發展到那個階段,肯定可以利用其它行星,比如火星、金星等的材料來建造戴森球,甚至能夠用到太陽系外的行星,所以我們不用擔心把地球挖光了。

讀者如果有興趣,也可以把自己認為合理的半徑、厚度等數據代入上面的公式,計算一下看看你的戴森球的體積是多少。

也許有讀者會覺得建戴森球腦洞太大了,不要說技術上可不可行,光是從所要用到的材料量來看,這就不是太靠譜的事兒。那就要來談談弗里曼·戴森當年為什麼會提出戴森球的概念。

其實他並不是在為我們人類考慮去建這個龐然大物,因為這對我們來說實在是太遙遠的事,提出這個概念實際上是為了尋找外星人。設想有的外星文明也許已經達到二級宇宙文明,那麼他們可能正在建造戴森球,而我們就可以通過觀測恆星被遮蔽的情況來確定是否有外星文明存在。

你還別說這是異想天開,一顆名為KIC 8462852的恆星,暱稱為“塔比的恆星”,因為它的古怪行為最早由美國耶魯大學天文學家塔貝薩·塔比·波雅江(Tabetha Tabby Boyajian)在2015年發現。這顆恆星比我們的太陽略大一些,也稍熱一些,位於天鵝座中,距離地球大約1,480光年。當時科學家發現它的亮度有些古怪,會發生看似隨機的變暗現象。然而,當天文學家波雅江及其同事分析NASA的開普勒空間望遠鏡收集的數據時,他們發現KIC 8462852發生過幾十次奇怪的變暗現象,變暗幅度最大的一回達22%之多。

如果有行星環繞一顆恆星旋轉,當這顆行星恰好運行到從地球看過去恆星的正前方時,就會遮擋住一部分恆星發出的光,通過太空望遠鏡會看到這顆恆星出現短暫的變暗。這叫作凌星現象,科學家通常通過這一現象來發現太陽系外的行星。然而,對於塔比的恆星來說,變暗現象的幅度太大,根本不可能用凌星現象來解釋。因為就算是木星那麼大的行星,也只能遮擋這顆恆星大約1%的光,而木星差不多已經是行星能夠達到的最大尺寸了。

不是行星的話,那會是什麼東西造成的?有人就推測是一個正在建設的戴森球遮擋住了它的一部分光線。

塵埃導致了此次光變已被證實

後續研究認為更大可能是星塵阻擋了光線,戴森球的可能性很小,但只要外星文明存在的可能性不能被排除,那麼宇宙中存在戴森球的可能性也就同樣不能被排除。


螞蟻科學


太陽能的支持者知道,太陽能量只有一小部分能夠到達地球。如果我們可以收集所有太陽的能量呢?如果是這樣,我們將使用某種形式的戴森球,有時稱為戴森殼或巨型結構。物理學家和天文學家弗里曼J.戴森在1960年首次將這一想法作為思想實驗進行探索。戴森在“ 科學 ” 雜誌上的兩頁論文題為“ 尋找紅外輻射的人造恆星源”因為他想象太陽系大小的太陽能收集系統不是我們地球人的動力源,而是作為一種技術,我們銀河系中的其他先進文明將不可避免地使用。戴森提出,尋找這種結構存在的證據可能會導致在銀河系的其他地方發現先進的文明。

Freeman Dyson在2005年10月5日在舊金山舉行的Long Now研討會上。攝影:Jacob Appelbaum / Wikimedia Commons。

近年來,天文學家用一種奇異的恆星研究了這種可能性,天文學家將其稱為KIC 8462852--更為人們稱之為Tabby's Star的發現者Tabetha Boyajian。這顆恆星奇怪的光線原本被認為是可能的戴森球體。這個想法已被拋棄,但是,在2018年,出現了其他可能性,例如使用蓋亞任務搜索戴森領域。

邁向Dyson領域的第一步?圖片來自langalex。

所有這一切只是說Dyson領域 - 雖然在20世紀的科幻小說和科學可能性領域- 現在看起來已經足夠天文學家,有些人正在仔細研究特定的恆星,尋找它們的跡象。

此圖像中的中心點代表一顆恆星。最簡單的戴森球體形式可能是一個太陽能集熱器環,距離一顆恆星,例如1億英里。此配置有時稱為Dyson環。圖片來自Wikimedia Commons。

那些奇怪的巨型結構,這些戴森球體是什麼?最初,一些人將Dyson球體設想為圍繞恆星的人造空心球體,而Dyson最初使用的是shell。但戴森並沒有將能量收集器描繪成堅固的外殼。在他的1960年科學文章之後,科學與其他科學家交換了一封信,Dyson寫道:

圍繞恆星的實心殼或環在機械上是不可能的。我設想的“生物圈”的形式包括一個鬆散的集合或在恆星周圍的獨立軌道上行進的物體群。

隨著時間的推移,一個文明可能繼續將Dyson戒指添加到它的恆星周圍的空間,創造一個相對簡單,但令人難以置信的強大的Dyson球體。圖片來自Wikimedia Commons。

例如,戴森球體可能是圍繞太陽的地球軌道的大小; 我們的軌道距離為9300萬英里(約1.5億公里)。SentientDevelopments網站以這種方式描述了Dyson球體:

它將由恆星周圍的太陽能集熱器(或棲息地)組成。使用該模型,所有(或至少大量)能量將會到達可以使用它的接收表面。[戴森]推測,這種結構將是技術文明長期生存和不斷升級的能源需求的合理結果。

當然,科幻小說作家也有過關於戴森領域的文章。戴森自己承認,在他開始技術探索從其恆星收集能量的巨型結構之前,他借用了科幻小說。奧拉夫·斯特普萊頓(Olaf Stapledon)在1937年的科幻小說“星際製造者”(Star Maker)中首次提到了這一觀點,戴森顯然將其作為靈感來閱讀和使用。

查看大圖。| 最終,隨著文明的進化 - 在其恆星聚集的無限能量的幫助下 - 其周圍的戴森球體肯定會以難以預測的方式發展。這位藝術家的戴森球體概念來自SentientDevelopments.com。

在我們的銀河系空間尋找戴森球體的證據時,天文學家可能會尋找什麼?甚至在發現KIC 8462852之前 - 幾十年來尋求地球以外智能文明的無線電信號感到沮喪,而沒有找到任何 - 在2013年,一些天文學家正在考慮採用新的搜索策略。考慮一下,如果太陽能集熱器系統 - 一個巨型結構 - 被放置在一顆恆星周圍,那麼從我們的角度來看,恆星的光會被改變。太陽能集熱器將吸收並重新輻射恆星的能量。天文學家已經談到尋求輻射能量。

“ 新科學家”的斯蒂芬·巴特斯比寫了一篇很棒的文章,講述天文學家如何使用2013年4月發佈的再輻射能量來搜索戴森球體。這篇文章只能通過訂閱獲得,但如果你搜索標題(“外星人大型項目:狩獵已經開始“),您可能會找到另一個鏈接。

2018年,科學家們開始談論利用歐洲航天局的蓋亞任務來尋找戴森領域。在這裡閱讀這種可能性。

查看大圖。| 藝術家的戴森球體的概念。注意左側的小月亮或行星,被原材料蹂躪。這張名為Shield World Construction的圖片來自Adam Burn。更多關於它的信息。通過FantasyWallpapers.com。

戴森球體將由先進文明恆星周圍空間的軌道太陽能集熱器組成。我們的目標是確保明星能量的很大一部分能夠擊中接收表面,在那裡它可以用於文明的利益。1960年成為第一個探索這一概念的科學家弗里曼·戴森(Freeman J. Dyson)認為,這種能量收集方法對於先進文明來說是不可避免的。

藝術家對戴森球體的概念,由先進文明建造,以捕捉恆星(太陽)的能量。圖片來自CapnHack,來自energyphysics.wikispaces.com。


科研小蟲



戴森球是一個理論上的巨型工程項目,緊密圍繞著一顆恆星建設一個繞軌道運行的人造結構。這是居住空間和能源生產的最終解決方案,為其創造者提供了充足的居住面積和捕捉從中心恆星發出的每一點太陽輻射的能力。



為什麼會有人設想建造如此怪異的東西?根據英美理論物理學家弗里曼·戴森的說法,他1960年首先推測關於這些假定的結構,一些聰明的外星人可能會在他們恆星附近的一些衛星和行星上定居下來後考慮這項任務。隨著人口的增加,這些外星人將開始消耗越來越多的能量。


假設這個外星社會的人口和工業以每年1%的速度適度增長,戴森的計算表明外星人的面積和能源需求將呈指數級增長,僅在3000年內就增長了一萬億倍。如果他們的太陽系包含一個木星大小的天體,外星工程師可以嘗試找出如何將這顆行星分開,並將其質量分散在一個球形外殼中。 通過建造兩倍於地球-太陽距離的結構,這種材料將足以建造大量2到3米厚的軌道結構,讓外星人生活在他們面向恆星的表面。

戴森這樣描述:“這種厚度的外殼可以舒適地居住,並且可以容納利用從內部照射到它上面的太陽輻射所需的所有機械設備。” 戴森說,但是在吸收和利用太陽能之後,這個結構最終將不得不重新輻射能量,否則能量會積聚起來,導致球體最終熔化。這意味著,對於一個遙遠的觀察者來說,包裹在戴森球中的恆星的光可能會變暗,甚至完全變暗——這取決於軌道結構的密度,同時在肉眼看不見的紅外波長下發出奇怪的光。



由於它們的紅外輻射,戴森球被認為是一種技術標誌——一種智能生物的標誌,天文學家可以用它來推斷宇宙中智能生物的存在,根據美國宇航局的一份報告,他們掃描了紅外圖像希望能看到戴森球,但是到目前為止,沒有人看到任何異常。


軍機處留級大學士


這是弗里曼·戴森在1960年就提出的一種理論。所謂“戴森球”其實就是直徑2億公里不等,用來包裹恆星開採恆星能的巨型人造天體,即利用恆星做動力源的天然的核聚變反應堆。
這樣一個“球體”是由環繞恆星的衛星所構成,完全包圍恆星並且獲得其絕大多數或全部的能量輸出。戴森認為這樣的結構是在宇宙中長期存在並且能源需求不斷上升的文明的邏輯必然,並且他建議搜尋這樣的人造天體結構以便找到外星超級文明。

自從前蘇聯科學家尼古拉.卡爾達舍夫把宇宙文明等級分為三級以來,戴森球這種企圖全部吸收恆星能量的裝置就開始被人所熟知,相應的戴森球技術成為了二級文明的標配,目前為止科學家並沒有發現戴森球存在的證據,但已經有若干顆恆星呈現出戴森球的一些特徵了。

根據卡爾達舍夫文明等級,一級文明可以利用整個行星的資源,二級文明可以利用整個恆星系的資源,三級文明可以利用整個銀河系的資源,而恆星系中的質量幾乎全部都在恆星上,因此只要能利用恆星的全部能源就能說是二級文明瞭。

眾所周知地球僅僅接收了一小部分太陽的光和熱就足以演化出生命和文明,而太陽每秒中釋放的能量比人類文明從古至今加起來的能量釋放還要多,因此有人提出用一個空心球狀物體將太陽整個包住,進而把太陽的能量百分百吸收利用起來,這就是戴森球的雛形。

但考慮到戴森球的難度太大且一旦全部包裹恆星整個星系就會完全降溫這兩點,科學家又提出了“戴森環”,顧名思義就是圍繞太陽赤道一圈的吸收和儲能再發射裝置。


高維宇宙觀


戴森球,是弗里曼·戴森在1960年提出的一種理論。所謂“戴森球”其實就是直徑2億km不等,用來包裹恆星開採恆星能的人造天體,這是一個利用恆星做動力源的天然的核聚變反應堆。戴森認為,這樣的結構是在宇宙中長期存在並且能源需求不斷上升的文明發展過程中的邏輯必然,並且他建議搜尋這樣的人造天體結構以便找到外星超級文明。



以太陽為例,我們先來粗略計算一下建造一個戴森球需要多少材料吧。太陽半徑69萬千米,我們佈置戴森球的軌道,參照2018年美國航空航天局發射的帕克太陽探測器的軌道690萬千米計算,得出戴森球的表面積為700萬億平方千米,聚光鏡按照1釐米的厚度建造,大概需要700億噸金屬材料。


目前,有一些科學家提出在水星上建設中轉基地把地球上的建造材料發射出去,還有的設想是拆解水星作為建造材料,總而言之相當長時間內我認為還是理論階段,要實施起來難度不是一般的大。


優美生態環境保衛者


有時候會在各類文章中看到類似這樣的消息:某某顆恆星的亮度突然變暗了,某某顆恆星突然消失了,於是,有些人給出了猜測,說那顆恆星是高級外星文明的戴森球。那麼什麼是戴森球呢?它又是怎麼被提出來的呢?

什麼是戴森球?

戴森球是一種大膽的科學幻想,它是一種獲取能量的設備,但比較龐大,龐大到它的結構可以將一顆恆星包圍起來,當然了,這種設備是目前人類想都不敢想的事情。人類文明發展到今日,實屬不易,為了向更高的方向發展,必須要有足夠的能源去支撐,每年地球上都會用掉很多的自然資源,人口總數又是與日俱增的,隨著文明的進一步發展,發展所需的能源就不是地球上的自然資源可以支撐的了,而放眼宇宙中,唯有恆星是源源不斷地產生能量,以恆星的漫長壽命,對於一個文明來說,那就像是一個無限能源。

於是,1959年物理學家、天文學家弗里曼•戴森設想了一種結構,並發表了一篇兩頁紙的論文,在該論文中,他闡述了他所想象的一個高級文明是如何利用一顆恆星的輻射能量的。一塊塊太陽能收集器將一顆恆星包圍,“包圍”這個詞很容易有歧義,會讓人認為是全部包圍,實際上不是,要根據自身能力來定。這樣的一塊塊太陽能收集器可以是太空城市,也可以是太空工廠,目的就是直接利用太陽的輻射能量,太陽的輻射能量可是源源不斷的啊,它可以保證一個文明向前發展。

我們不要把戴森球理解為完全包圍住恆星的球體殼狀結構,事實上,這樣的結構是無法制造出來的。天文學家所設想的戴森球結構,更形象一點兒應該將其稱之為“戴森雲”,每一個太陽能收集器如同雲彩一般環繞在太陽的不同軌道上,這樣的結構是可能被建造成功的。

1964年,蘇聯科學家卡爾達肖夫曾提出一種標準,將宇宙中可能存在的各種形式的文明劃分出一個等級來:

  • Ⅰ級文明可以掌握行星級別的能量;

  • Ⅱ級文明可以掌握恆星級別的能量;

  • Ⅲ級文明可以掌握星系級別的能量。

按這個標準來說,能夠建造戴森球的文明屬於卡爾達肖夫指數中的Ⅱ級文明,這種文明可以掌握恆星級別的能量,以恆星作為文明發展之需,滿足文明日益進步的能源需求。

有同學好奇,人類文明屬於幾級文明呢?0.7級文明,連Ⅰ級文明也尚未達到,對於地球上的自然資源,人類文明尚不足以完全掌握,所以還未達到Ⅰ級文明,這也就更不用奢求馬上建造戴森球了。不過,戴森球這樣的結構還有一個尷尬的地方,也就是說一個能夠建造戴森球的文明,也就不需要戴森球了。為什麼這麼說呢?你可以想象一下,一個能夠建造如此龐大結構的文明,它的文明等級會有多高呢?起碼這個文明的能源結構已經發生了劇變,他們可能開發出了比戴森球還要省時省力的結構,為什麼還要再去建造戴森球呢?

而文章開頭提到的恆星變暗、恆星消失的現象,那並不一定是外星文明建造的戴森球,而是被恆星周邊的星際塵埃或自身的行星遮擋了一部分而導致的暫時性變暗,至於恆星消失,則可能是自身走到了恆星的演化終點超新星爆發了。


科學船塢


戴森球(Dyson Sphere)的定義

是一種包圍母恆星的巨大球形結構,它可以捕獲大部分或者全部的恆星能量輸出。


戴森球的概念源自於美國物理學家、數學家弗里曼·戴森的思想實驗。他在1959年出版於科學雜誌的論文:“人工恆星紅外輻射源的搜尋(Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation)”中首次提出了這一概念。


戴森認為:任何技術文明對能量的需求都是穩定增長的,如果人類文明能夠延續足夠長的時間,就必然有一天對能量的需求會膨脹到要利用其母恆星“全部”的能量輸出。他認為此時就有必要建立能夠攔截和收集母恆星發出的所有能量的軌道結構。


戴森球的形態

1. 戴森殼:包圍恆星的人造空心球體,包括戴森本人在內的科學家們均認為不可實現。

“一個圍繞恆星的球殼或環從物理上來說是不可行的。我設想的‘生物圈’的形式是由鬆散的太陽能收集器或獨立環繞恆星軌道的衛星雲構成。” —— 戴森關於此問題的闡述


2. 戴森環:是戴森雲的最簡單結構,由密集環繞恆星運行的獨立結構(太陽能衛星或太空定居點)組成,與戴森雲的區別是所有太陽能收集器共享同一個軌道。(如下圖)


圖二:多戴森環,是戴森環的高級形態,可以攔截到更多恆星能量輸出,但會降低結構穩定性;並且環軌道彼此重疊時會進入恆星影子,造成周期性遮蔽(也就是我們所知道的蝕)。


3. 戴森泡:與多戴森環結構類似,不過是通過巨大的承受光壓的太陽帆來抵消太陽的引力,而非環繞軌道。(如下圖)


人類實現戴森球的可行性

1. 人類理論上可以製造出戴森球(環)

現代軌道衛星和太陽帆技術已經得到發展,並可進行一定的實際應用,因此建造戴森球結構並不需要當前技術取得理論上的突破。

2. 現實的困難

然而,建造部署能夠覆蓋太陽系規模的,巨大數量的宇宙飛船和衛星,仍遠遠超出人類當前的工業生產能力。

當前人類對工業自動化的理解和應用也不足以維護這個巨大的自維持系統。

最後,在建造過程中同樣可能存在不可預見的巨大困難。(難道是……智子?!)




萬里長空夜未央


1964年,前蘇聯天文學家尼古拉.卡爾達舍夫(Nikolai Kardashev)將宇宙中可能存在的文明劃成了三個等級(我們現在處於0.73級),其中對二級文明的定義是,能夠完全利用整個恆星系的資源。

我們拿太陽系來舉例說明,由於太陽佔據了整個太陽系質量的99.86%,因此要達到二級文明,我們只需要做到能夠完全利用太陽的資源就可以了。

對於這個目標,美國物理學家弗里曼.戴森(Freeman Dyson)曾提出了“戴森球”的設想,他認為,我們可以圍繞著太陽建造巨型的人造結構,將太陽釋放出的能量統統吸收。簡單的說就是,二級文明能把太陽變成電池。

“戴森球”的設想確實可以完美的達到“完全利用太陽的資源”的效果,但它卻面臨著很多難以解決的問題。其中最大的問題就是,太陽系的物質絕大多數都集中在太陽上,我們到哪裡去找這麼多材料來建造這個巨大的“戴森球”呢?

除此之外,還有能量的收集、存貯、傳輸、轉化、利用……等等問題,因此,很多人都認為“戴森球”是不可能存在的。

以我們現在的科技水平來看,這樣的結論似乎是正確的。但是假如真有二級文明的話,他們的科技水平肯定是比現在的我們高出太多,只需要通過特殊的方法,他們就可以製造出完美的“戴森球”。

那麼他們是如何做到的?這種特殊的方法又是什麼呢?其實在愛因斯坦的相對論裡,我們就可以找到答案,下面有請相對論裡有關能量、靜質量、動量關係的公式上場。

(上面公式中,E代表能量、p代表動量、c代表光速常量、m0代表靜質量。)

由於本文是簡單科普,我們就不去深入瞭解這個公式了,這裡只需要瞭解它講的是什麼就可以了。

該公式明確地告訴我們,宇宙的本質就是能量,而所謂的靜質量、動量等只是能量的一種表現形式,能量等於靜質量提供的能量,加上動質量提供的能量。最關鍵的一點就是,它們之間可以互相轉換。

比如說核反應就是典型的靜質量轉換為動量,那麼動量能夠轉換成靜質量嗎?答案是肯定的,科學家們已經觀測到高能光子在特殊情況下,可以生成正負電子對,在這種情況下,光子的動量部分轉換成了靜質量。

也就是說,如果可以全面操控能量、靜質量以及動量之間的轉換,我們就可以用利用太陽輻射出的能量(包括光子以及各種粒子)創造出擁有靜質量的物質。

通俗點講就是,二級文明的科技能夠直接將太陽的能量,轉化成建造“戴森球”的材料,這樣就把最大的問題解決了。

這就意味著,二級文明只需要在某顆恆星附近,放置一個可以自動成長的“種子型戴森球”,過一段時間,它就可以自動成長為一個可以包裹整顆恆星的吸能裝置!

那麼能量的存貯、傳輸等問題又怎麼解決呢?筆者認為,二級文明可以將太陽的能量轉化為反物質,至於反物質怎麼保存、運輸這些問題,相信他們的科技可以完美的解決。

最後一個問題,二級文明拿這麼多能量來幹什麼呢?其實如果把一個現代的核電站放在古代,那時的古人也會問相同的問題……


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魅力科學君


1959年弗里曼·戴森在《科學》雜誌上發表了一篇名為《人工恆星紅外輻射源的搜尋》論文,內容大體上說明了如果存在地外高級文明,那麼它們對於恆星資源的利用,可能並不僅僅是自然接收恆星輻射能,而是主動去採集能量。在1960年戴森正式提出描述了這樣一種概念,用一種巨型的人造結構把恆星包裹起來採集能量,這種結構就被稱為“戴森球”或者“戴森環”。


在1964年前蘇聯的天文學家尼古拉·卡爾達舍夫(Nikolai Kardashev),又研究設想了一種生物文明等級。他認為一個生物文明等級的高低,主要由能掌控能量的多少來決定。例如人類就被認為處在0.7級文明,只能使用地球上的能量,待未來徹底的掌握了地月系統,可以輕鬆的把月球上的能量供我們使用,那麼人類文明才算是真正的進入I型文明。

卡爾達舍夫等級

  • 類型I :該文明是行星能源的主人,這意味著他們可以主宰這顆行星以及周圍衛星能源的總和;
  • 類型II :該文明能夠收集整個恆星系統的能源;
  • 類型III :該文明可以利用銀河系系統的能源而為其所用;

處在II型文明的標誌就是徹底的掌握了整個恆星系統的能量,以太陽系來舉例,整個太陽系內的能量來源幾乎都是太陽,太陽的質量佔據了整個太陽系總質量的99%以上。


太陽作為一顆黃矮星,每時每刻都在進行著核聚變,每秒鐘大約有6億噸氫核發生聚變,生成5.95億噸氦,損失的500萬噸質量按照愛因斯坦質能方程轉化為能量。但是這些能量,地球上所能接收到的輻射能完全可以忽略不計,僅僅幾十億分之一。這就意味著浪費能量,效率太低了。如果一個文明持續的發展,最後可能就會具備採集整個太陽的能量供我們使用的能力。

那麼採集太陽能量的一種結構目前就把它稱之為戴森球或者戴森環。因此有科學家曾提出,在宇宙中尋找地外文明,完全可以轉化為尋找有異常變化的恆星。例如某些恆星光度變化較明顯,在短時間內逐漸降低。科學家曾經發現過一顆名為“塔比星”(Tabby's Star,編號為 KIC 8462852)的恆星,從觀測記錄上來看這顆恆星發生了明顯的亮度變化。從2011年開始科學家發現它逐漸變暗,短短几年時間亮度下降22%。


一顆恆星亮度明顯的變暗就意味著有物體在著遮擋著它,而特殊的戴森球結構就可能發生這種情況。

但實際上戴森球有一個邏輯上的矛盾,如果一個文明具備了建造戴森球的能力,可能就不會採取這種原始的方式來採集恆星能量。同時戴森球或者戴森環的建造會非常的消耗原材料,以太陽為例,要想建造一個戴森球可能需要把除地球之外的三顆巖質行星炸碎,來建造這種特殊結構。

如果某一天天文學家明顯得觀測到了某顆恆星亮度驟降,或者說一些處於主序階段的恆星忽然間消失,那麼大概率的情況就是被“吸收了”。



科學黑洞


“戴森球”,是

弗里曼·戴森

在1960年就提出的一種理論。所謂“戴森球”其實就是直徑2億km不等,用來包裹 恆星開採恆星能的

人造天體

。這是一個利用恆星做

動力源

的天然的

核聚變反應

堆。

戴森球是一種設想中的巨型人造結構,由弗里曼·戴森先生提出。這樣一個“ 球體”是由環繞太陽的衛星所構成,完全包圍恆星並且獲得其絕大多數或全部的 能量輸出。戴森認為這樣的結構是在宇宙中長期存在並且能源需求不斷上升的文明的邏輯必然,並且他建議搜尋這樣的人造天體結構以便找到外星 超級文明。

從那時起,各種各樣的設計,包括建造人工天體或一系列這樣的結構以便包圍太陽,便不斷地由一些狂想的工程學家或科幻小說所提出,並冠以“戴森球”之名。這些後續的設想沒有僅僅在從

太陽能收集

站上止步-許多工程設計還包括建設人類 殖民地和工業基地


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