生命的下一個十億年

人類剛剛誕生在地球上，但其未來則在浩瀚星空之中。

在誕生后的138億年，我們的宇宙終于蘇醒了，并意識到了自身的存在。在一個小小的藍色星球上，一些微小的具有意識的東西開始用望遠鏡凝視宇宙，并多次發現他們所看到的一切，不過屬于更宏大東西的很小一部分：地球之外是太陽系，太陽系之外則是銀河系，銀河系之外還有數以千億個河外星系，而且這些星系還一起構成了星系群、星系團和超星系團。雖然有自我意識的觀星者在很多事情上意見不一，但他們都傾向于認為這些星系是美麗的，令人驚嘆的。

但美是在觀看者的眼中產生的，而不是在物理定律中。所以，在我們的宇宙醒來之前，沒有美丑可言。這使我們宇宙的蘇醒變得更加美妙，值得慶祝：它將我們的宇宙從一個無意識的死寂之地變成了一個活生生的生態系統，里面有著反思、美麗和希望，以及追求、意義和目的等。

也許，情況可能會變得更好。我們還不知道我們是否是宇宙中唯一的觀星者，或是第一批觀星者，但我們已經學到了足夠多的關于宇宙的知識，有能力讓生命在我們的宇宙中傳播開來，并能在數十億或數萬億年的時間里蓬勃發展。也許，要想成就這一切，依賴于我們在這顆小小的藍色星球上所做的決定。

一個最鼓舞人心的科學發現是，我們極大地低估了生命的未來潛力。我們的夢想和抱負不應該再繼續被疾病、貧窮和戰亂所拖累。相反，在科技的幫助下，生命有可能在整個宇宙中蓬勃發展，而且比我們的祖先想象的更加宏偉、更鼓舞人心。下面，我們就從資源、能源、計算機技術以及星際殖民等方面，暢暢談一下生命的下一個十億年。

所需的終極資源

如果科技能打破我們原有的生命感官限制，那么終極的限制是什么呢？

這些終極的限制不是由我們的想法來決定的，而是由物理定律決定的。具有諷刺意味的是，這使得在某些方面，我們更容易分析出生命長遠的未來，而不是短期的未來。

今天的超市和商品交易所出售的商品有成千上萬種，我們可以稱之為“資源”，而那些科技水平遠高于我們的智慧生命，可能主要需要一個基本資源：所謂的“重子物質”，意思是由原子或其組成成分（質子和中子等）構成的東西。這是因為，從物理學的角度來看，智慧生命想要創造的一切東西——從棲息地、機器人到新的生命形式——只需要以某種特定的方式對粒子進行組合，如由兩個氫原子和一個氧原子，就可以組合成水。

而一旦智慧生命學會了通過對粒子進行組合來生產材料，那么他們所需的就是重子物質，而且越多越好。而宇宙可以為之提供幾乎無窮盡的重子物質，所以說，智慧生命最終都會逐步離開自己的母星，并向太空拓展。

包裹整個太陽

當談到未來時，最滿懷希望的一位夢想家，則是美籍英裔數學物理學家弗里曼·戴森。在英國作家奧拉夫·斯塔普爾頓所寫的科幻小說《造星主》的啟發下，他想到，為什么不干脆把所有的太陽能量輸出都收集起來呢？于是，他在1960年發表了一篇關于“戴森球”的文章。他的想法是利用整個木星的物質，來建造一個圍繞在太陽周圍的球形外殼生態圈，我們的后代可以在那里繁衍生息。處于地球當前軌道上的戴森球將會給我們提供約為地球表面5億倍的生活空間，可利用的能量將是當前人類所使用的總量的數萬億倍。

他認為這是自然而然的下一步：“人們應該期望，在進入工業發展階段的幾千年之內，任何智慧生物最終都會居住在一個完全包裹其母恒星的人造生物圈上。”但對今天的人類來說，戴森球的生活似乎很難令人適應，至少能讓人失去方向感。例如，一些戴森球可能都無法產生任何重力。此外，如果你住在戴森球的里面，就不會有黑夜：不管你在哪里，你總能看到太陽直射在頭頂上。如果你想要看星星，你只好去戴森球的外面觀察宇宙。不管怎樣，這并不能阻止未來生物或其他生命形式在戴森球上蓬勃發展。

問題是該如何建造呢？如果直接建造一個完全包裹恒星的戴森球太難的話，那么這里還有一個簡化建造方案：在圍繞太陽的一個圓形軌道上建造一個環形棲息地，如同給太陽建造了一個光環一樣。為了完全包裹太陽，你可以在不同的軸線上添加環形棲息地，它們與太陽的距離應有所不同，以錯開來避免相撞繞。

但要想讓戴森球使用壽命更長，戴森球需要能不斷調整其位置和形狀，以應對干擾，比如偶爾打開個大洞讓煩人的小行星和彗星順利通過。另一種應對干擾的方法是，可以使用檢測和防御系統來處理這些入侵者，比如讓它們運動路線發生偏轉，或把它們粉碎掉。

追求能效極限

盡管在今天的工程標準中，戴森球的能效很高，但它們遠沒有達到物理定律設定的極限——100%。愛因斯坦告訴我們質量可以轉化為能量，關系為E=mc2，其中E代表能量，m代表質量，c代表著光速。由于c的數值十分大，這意味著少量的質量就可以產生巨大的能量。如果有充足的反物質供應，那么就可以讓質量完全轉化為能量，這樣我們就可以容易地建造一個能效為100%的發電廠了。只要把一茶匙的反水倒進普通的水里，就會釋放出相當于20萬噸TNT的能量，這是一種典型氫彈的能級，當前全球只靠這點能量就可以運行7分鐘左右。但可惜的是，我們的宇宙中并沒有充足的反物質供應。

相比之下，我們今天最常見的產生能量方式都效率低下。人消化一塊糖的能效僅僅是0.00000001%。如果你的胃有0.001%的能效的話，那么你只需要在你的一生中吃下一頓飯就可以了。而今天的核反應堆通過裂變分裂鈾原子，但仍然不能提取超過0.08%的能量。聚變的能效比裂變的略高一些，但即使我們給太陽罩上一個完美的戴森球，我們收集到的能量還遠不及0.08%的太陽質量轉化出的，因為一旦太陽消耗掉自身大約十分之一的氫燃料后，它將結束作為一個正常的恒星的生命周期，會開始進入紅巨星階段，并走向死亡。

那么，我們怎樣才能做得更好呢？

黑洞發電站

英國物理學家斯蒂芬·霍金在他的書《時間簡史》中，提出了一個用黑洞建立發電站的方案，利用的是黑洞能吞噬物質，然后通過蒸發將物質轉化為輻射的能力。但是，除非黑洞的質量非常小，一般黑洞的蒸發速度都十分緩慢，所以說這個方案并不容易實施。

另一個更容易實施的策略不是從黑洞內部提取能量，而是從正落入黑洞的物質中提取能量。大自然已經有了一種實現這一切的東西——類星體。類星體是一類離地球最遠、能量最高的活動星系核，其核心有著正在吞噬周圍氣體的超大質量黑洞。當氣體漩渦接近黑洞時，會形成一個圓盤狀的吸積盤，其最里面的部分會逐漸被吞噬，但在當氣體落向黑洞里時，它們的重力勢能轉化成動能，速度不斷提高，就像一個自由落體那樣。隨著運動速度的加快，氣體的運動狀態也開始變得混亂起來：越來越多的湍流出現了，給氣體帶來更小尺度上的隨機擾動。最終，每個分子和原子開始以更劇烈地頻繁碰撞——劇烈的熱運動意味著氣體的溫度變得極高，而這些碰撞將動能轉化為強烈的輻射能。

在安全的位置上，通過在黑洞周圍建立一個完整的戴森球，可以捕獲和使用這種輻射能量。黑洞旋轉得越快，這個轉換過程的能效就越高。相關的計算表明，急速旋轉黑洞最高能以約42%的效率傳遞能量。

（未完待續）