終極科技：如何100%利用太陽(yáng)能

鑒于在我們賴(lài)以生存的地球上，資源正逐漸枯竭，同時(shí)我們還面臨著能源需求和生存空間與日俱增的問(wèn)題，造戴森球看起來(lái)是個(gè)很好的長(zhǎng)期計(jì)劃。 戴森球的概念源自數(shù)學(xué)物理學(xué)家弗里曼·戴森。在他的假想中，戴森球是由太陽(yáng)能收集器(或太空棲息地)組成的一個(gè)包圍著恒星的殼體。在這個(gè)模型中，所有的(至少大部分的)能量會(huì)輻射至接收面，然后被加以利用。戴森推斷這種結(jié)構(gòu)會(huì)是滿(mǎn)足人類(lèi)科技文明長(zhǎng)期生存、能源需求攀升的下一個(gè)終極方案。 有了這個(gè)“球”，人類(lèi)的文明程度都可以向前邁進(jìn)一大步，因?yàn)槲覀円呀?jīng)可以駕馭恒星的能量。 什么?你說(shuō)這現(xiàn)在不可能?這是留給我們子孫后代來(lái)考慮的問(wèn)題? 再想想吧：其實(shí)我們比想象中更有能力建成戴森球。實(shí)際上，我們可能再過(guò)25-50年就真的可以開(kāi)始實(shí)施這個(gè)計(jì)劃了，然后只需短短的幾十年，就能完成第一階段。 戴森球是一個(gè)什么樣的球? 按照戴森球的架構(gòu)，這種方法采集到的能量會(huì)大的驚人。據(jù)一名勘察工程專(zhuān)家安德斯·桑德伯格說(shuō)，在太陽(yáng)系中，一個(gè)天文單位的半徑的戴森球擁有2.72*10^17平方公里的表面積，即地球表面積的6億倍。這樣龐大的表面積將是大部分太陽(yáng)能可以為我們所用，而太陽(yáng)能的輸出功率達(dá)到4*10^26瓦。戴森球采集到的能量可想而知。 太陽(yáng)能收集器組成的戴森云   在這里要指出的是，戴森球可能跟你想象的不太一樣?？苹眯≌f(shuō)里它常被塑造成一個(gè)包裹著太陽(yáng)的固體球殼，而且它的內(nèi)表面適宜人類(lèi)居住。在物理上這樣的結(jié)構(gòu)是不可行的，因?yàn)檫@樣表面需要的抗張強(qiáng)度會(huì)非常巨大，并且球殼極易受到大幅漂移的影響。 戴森最初的構(gòu)想僅是太陽(yáng)的表面有足夠的太陽(yáng)能收集器來(lái)收集太陽(yáng)光即可，并非要求它們形成一個(gè)連續(xù)的殼體。相反，這個(gè)殼體應(yīng)由在獨(dú)立的軌道運(yùn)行的結(jié)構(gòu)組成，約有一百萬(wàn)公里厚，涵蓋著十萬(wàn)個(gè)物件。因此，一顆“戴森球”可能由多種不同布局的太陽(yáng)能收集器組成。 除了戴森球，戴森還曾構(gòu)想過(guò)類(lèi)似的戴森云模型和戴森泡模型。在戴森云模型中，無(wú)數(shù)多塊太陽(yáng)能電池板以不同的軌道半徑排布在太陽(yáng)周?chē)?。這是通常被認(rèn)為是最理想的模式。而在戴森泡模型之下，太陽(yáng)帆和太陽(yáng)能電池板被放置在引力和太陽(yáng)風(fēng)推力平衡的位置上。 為了達(dá)到此次討論目的，我們可以先建造一個(gè)戴森云，它是由數(shù)量巨大，密度極高的獨(dú)立結(jié)構(gòu)體系沿不同軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行。這個(gè)方法的好處就是這個(gè)構(gòu)造可以逐次建造。此外，還可以利用不同形式的無(wú)線能量傳輸工具將各組件之間和組件與地球間的能量相互傳遞。 建造戴森球=拆掉水星? 那么我們應(yīng)該如何開(kāi)始建造這項(xiàng)人類(lèi)史上前所未有的巨大結(jié)構(gòu)工程呢? 像前面所說(shuō)的那樣，戴森球，或者應(yīng)該叫I型戴森球，可以漸次建造，實(shí)際上我們也應(yīng)該采取這種方法。而主要的挑戰(zhàn)則來(lái)自于我們所需的先進(jìn)材料(這些材料我們還沒(méi)有生產(chǎn)出來(lái)，但是在納米技術(shù)的幫助下，很有可能在未來(lái)十年內(nèi)開(kāi)發(fā)出來(lái))，以及在太空中采礦和建造太陽(yáng)能板的全自動(dòng)機(jī)器人。 首先說(shuō)明這并不是癡人說(shuō)夢(mèng)，假設(shè)我們能夠在未來(lái)五年內(nèi)能夠克服這些困難，那么我們?nèi)绾伍_(kāi)始修建呢? 牛津大學(xué)物理學(xué)家斯圖亞特?阿姆斯特朗宣稱(chēng)他僅用人類(lèi)已經(jīng)掌握的技術(shù)，為戴森球的建造設(shè)計(jì)出一套精妙而又異常簡(jiǎn)單的方案。阿姆斯特朗的方案有五個(gè)基本建設(shè)階段，如果同時(shí)使用循環(huán)進(jìn)行的方式，還能使建造速度產(chǎn)生遞增的效果，甚至是指數(shù)級(jí)遞增，從而使整個(gè)工程在幾十年內(nèi)完成。 在把五個(gè)步驟一一拆解后，整個(gè)建設(shè)周期是這樣的： 1、獲得能量 2、在水星采礦 3、將原料送入軌道 4、制造太陽(yáng)能收集器 5、汲取能量 這個(gè)方案不是要把整個(gè)戴森球一次建成，而是利用循環(huán)漸進(jìn)的方式逐步建設(shè)。我們只需建造戴森球的一小部分并將其作為工程其余工作的能量源。這樣一來(lái)，建設(shè)效率將隨著工程的進(jìn)展而不斷提高。“我們現(xiàn)在就可以著手進(jìn)行。”阿姆斯特朗表示這只不過(guò)是材料和自動(dòng)化的問(wèn)題。 你沒(méi)看錯(cuò)：我們是準(zhǔn)備從水星礦藏中獲得原材料。實(shí)際上，我們很可能要拆分掉整個(gè)星球，戴森球所需的材料數(shù)量是令人無(wú)法想象的——多到如果我們?cè)?jīng)想把太陽(yáng)占為己有。在建造過(guò)程中，我們將要拆分的不僅僅是水星，還有金星、某些帶外行星和任何附近的小行星。 為什么要先從水星下手?根據(jù)阿姆斯特朗的說(shuō)法，我們需要一個(gè)靠近太陽(yáng)的便利材料來(lái)源，同時(shí)他還要擁有大量我們需要的元素。水星的質(zhì)量是3.3x10^23千克，而其中的一多半都是我們可以利用的，這些鐵和氧正是我們最需要的建筑材料。那么，一旦把這些礦藏全部采集并運(yùn)入太空，生產(chǎn)出太陽(yáng)能收集器，水星的這1.7x10^23千克有用質(zhì)量將轉(zhuǎn)化為一張245克/平方米的平面。第一階段的這塊戴森云將被放在水星附近的軌道上，它將提供比較大的反射平面用來(lái)獲取能量。 為了達(dá)成這個(gè)計(jì)劃，阿姆斯特朗依靠五個(gè)基礎(chǔ)但是較為保守的假設(shè)。首先，我們需要十年的時(shí)間來(lái)移動(dòng)并放置獲能材料;第二，水星的質(zhì)量中真的有51.9%是可用的;第三，十分之一的能量將用于將原材料移出水星(其余的用來(lái)采礦);第四，我們將獲得太陽(yáng)能板三分之一的功率輸出;最后，建造出1平方千米的戴森球表面。 接下來(lái)，事情就會(huì)變得更有趣：建設(shè)效率從此將呈指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。 因此，阿姆斯特朗建議我們將整個(gè)工程拆分成他所謂的“十年計(jì)劃”?；旧希覀儜?yīng)該用第一個(gè)十年建造第一組陣列，然后利用這團(tuán)初始戴森球提供的能量，助力工程余下的工作。按照這個(gè)時(shí)間規(guī)劃，水星大約將在四個(gè)十年周期內(nèi)被完全拆解。換句話說(shuō)，我們可以在四十年里創(chuàng)造出由水星一半以上質(zhì)量組成的戴森球。假如我們?cè)敢饫^續(xù)下去，只要再花大約一年時(shí)間便可以拆解金星。 假如不停下建設(shè)的腳步，直到將太陽(yáng)的能量收入懷中，我們最終會(huì)擁有3.8x10^26瓦特的能量。 戴森球是未來(lái)最好的選擇? 我們建造的戴森球規(guī)模   一旦第一階段建設(shè)完成后(即水星階段)，我們可以利用這一階段的能量用于其他方面，比如百萬(wàn)級(jí)規(guī)模的超級(jí)計(jì)算機(jī)，為探索星際建設(shè)大型驅(qū)動(dòng)，或繼續(xù)建立和維護(hù)戴森球。 有趣的是，阿姆斯特朗認(rèn)為第一階段的能量足夠?yàn)槲覀兎?wù)了，但其他學(xué)者例如桑德伯格建議我們應(yīng)該繼續(xù)研究下去。但如果要深入研究，我們就必須拆解更多的行星。桑德伯格聲稱(chēng)，無(wú)論太陽(yáng)系的內(nèi)外層，都包含足夠可用資源用于建造一個(gè)完整的各種形式的戴森球體，半徑為一個(gè)天文單位(約42千克/平方米)。顯然，我們想要真正達(dá)到可以駕馭恒星能量的文明程度，就必須沿著這條路走下去。 那么為什么要沿著這條路一直走呢?因?yàn)椋苡锌赡芪覀儗?duì)于計(jì)算能力的需求變得越來(lái)越大。很難預(yù)測(cè)后奇點(diǎn)文明或后生物文明將如何利用如此巨大的計(jì)算能力，應(yīng)該是類(lèi)似祖先模擬，甚至在宇宙中創(chuàng)建虛擬宇宙這方面的用途吧。另外，一個(gè)高等文明也許就是想要盡可能多地創(chuàng)造出真實(shí)的個(gè)人經(jīng)歷(出于一種功利主義需求)。無(wú)論如何，數(shù)字生存將出現(xiàn)在我們的將來(lái)，那么計(jì)算能力必定成為我們最寶貴和最渴求的資源。 不管我們是建立一個(gè)小型陣列或覆蓋整個(gè)太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)，必須明白的是，構(gòu)造一個(gè)戴森球的想法不應(yīng)該再來(lái)源于科幻小說(shuō)或我們對(duì)遙遠(yuǎn)未來(lái)的夢(mèng)想。它像其他太空探索項(xiàng)目，如太空電梯或者火星地球化，我們應(yīng)該認(rèn)真考慮把這個(gè)項(xiàng)目歸進(jìn)我們太空探索和工作的計(jì)劃中。 因?yàn)殡S著地球環(huán)境的日益惡化以及我們對(duì)居住空間和資源不斷增長(zhǎng)的需求，我們可能沒(méi)有其他選擇。