宇宙间天文单位的尺度是否隔绝了文明交流的一切可能？文明发展程度是否指数级增长？ 第1页

Q. 宇宙间天文单位的尺度是否隔绝了文明交流的一切可能？

A. 宇宙的尺度并没有隔绝文明交流。我很愿意谈宇宙的黑暗、广阔、稀薄，但这样稀薄的宇宙对通讯和宇航工具是非常宽容的，你可以用人类已经拥有的技术发射电磁波，或是投射简单载具去跟其它文明当面交流。

如果另一个文明和我们现有的技术水平相近，在比邻星附近接收地球附近日常发射的电视信号，需要直径约33100千米的天线，并不现实。但如果你确切地知道他们存在，你可以发射远比电视信号强大和集中的信号。而且，这不一定需要专门建造信号发射器：

• 大型磁帆航天器^[1]的同步辐射可以在数千光年的距离上被人类现有水平的射电望远镜观测到，
• 巨型加速器工作时放出的高能中微子可以在数万光年乃至更远的距离上被中微子探测器检测到——如果有文明使用巨型加速器去研究普朗克能量下的物理现象，实验产生的高能中微子在距离该加速器数百万光年的地方都可以探测到。

“个体的寿命太短”不足以成为交流的障碍。

• 一方面，地球上就有并无自然寿命限制的生命形式^[2]，其使用的生理生化功能并不超出我们的知识范围。
• 另一方面，最近几十年，一些社会学研究使用超个体理论将人类文明解释为并非由个体直接组成，而是城市文明，城市的寿命那可就不是个人的寿命这么短暂了：即便发一次信号需要等待若干传代，你仍然可以期待文明之间的交流。

宏观低速宇航：

奥陌陌^[3]、鲍里索夫彗星等星际天体展示了凡庸的大块石头乃至一些学者提倡的“氢冰山”“宇宙尘兔”之类极度脆弱的垃圾就可以星际航行，在数十亿年间都不会损毁。我们的航天器完全可以达到比它们更快的速度、远超“氢冰山”“宇宙尘兔”的坚固程度。

• 以旅行者1号的飞行速度，一万七千多年可以飞1光年，这种水平的航天器在数百万年内就足够飞到光世纪世界^[4]的每个恒星附近。
• 根据NASA用太阳帆携带探测器探索日光层的任务研究，太阳帆飞行器的速度可以达到15~25天文单位每年（约72~119千米每秒），这样飞1光年需要2530~4217年，几十万年就能飞到光世纪世界的每个恒星附近了。

一些细菌、古菌早已证明地球型碳基生命在稳固的环境里可以半永久地生存、消耗极小。

• 2020年，科学家们在资源贫瘠的深海沉积物里找到了维持生命1.105亿年的细菌群落，这不是芽孢而是正常生活的细菌，其极为缓慢地取得的能量主要用来维持生命，在实验室里获得额外资源后又恢复迅速传代的正常周期。
• 新墨西哥盐湖里找到的2.5亿年前的细菌孢子在实验室里苏醒^[5]。
• 近年来，一些科学家在从大肠杆菌到耐辐射奇异球菌的微生物基因组里成功储存了信息。在微生物的传代速度大幅下降的情况下，可以期待这些信息在数百万年间几乎不会有损失，一大群微生物互为备份可以期待将信息储存数十亿年。
• 在储存信息方面并不怎么需要依赖生物体：另一些科学家用飞秒激光蚀刻纳米结构，可以期待储存信息数百亿年^[6]，足够等待宏观低速载具跨越银河。

按照上述事实，用我们现在的技术投射有少量石头和金属装甲保护的未经基因改造强化的地球生物去太阳之外的恒星附近都是没有实质障碍的。

地球上的所有生命可能来自共同的祖先^[7]，而你的生物学身体也是从一个细胞发育出来的。那么，投射能够在目标天体上铺设生物圈、制造人类的装置并不是多么遥远的事情。

这是近未来发射航天器去追奥陌陌和2I/Borisov的计划：

亚光速宇航：

• 2016年，得到霍金支持的“突破摄星计划”讨论了用大型太空激光器将光帆飞行器加速到真空光速的20%去探索比邻星。这在理论上完全可行，也没有什么工程学上看起来不可解决的障碍。
• 用光帆推进达到真空光速10%的冯·诺依曼探测器，覆盖银河系规模的天体系统需要约50万年。这比人类种的历史还短210万年呢。
• 简单的构造就可以从太阳辐射和太阳风里集结巨大的能量去推动航天器，例如戴森-哈罗普太阳风发电卫星。太阳泵浦激光、核爆泵浦激光之类非常规的激光器都可以用在这个领域。
• SWIMMER（Spacecraft With Interstellar Medium Momentum Exchange Reactions）^[8]可以达到真空光速的5%~50%，并在电磁波束可以到达的范围内有效减速。SWIMMER的工程挑战并不小，但其构造非常简洁、单纯，不需要任何超越的科学技术，远比光帆飞行器容易减速。根据你建造的具体规模，它可以朝临近的其它恒星附近投送大量的载荷。

Q. 文明发展程度是否指数级增长？
A. 人类自己就可以证明，文明发展程度并非严格地指数增长。不过，人类文明的经验是，文明的总功率可以在至少三百年间维持指数增长的态势，计算技术可以在数十年间维持指数增长的态势，计算所需的能量可以降到任意低。

那么，文明的总计算力或许可以在远短于文明物种的持续时间的有限时间之内增长到某个特别的水平，在那之后文明若还存在，其力量将超乎想象地暴增——指数增长不足以描述那时的增幅。这称作技术奇点。

参考

1. ^ 利用恒星风的带电粒子在固定磁场中偏转的性质将其部分动量传递给航天器，以此获得加速度。也可以利用恒星或行星的磁场的斥力
2. ^ https://www.zhihu.com/question/416825223/answer/1430553846
3. ^ https://www.zhihu.com/question/317557918/answer/1260525296
4. ^ 距离太阳100光年内的空间和其中的一切
5. ^ https://doi.org/10.1038%2F35038060
6. ^ 日立飞秒激光石英玻璃点阵预期可以保存数据3亿年。加州大学伯克利分校的研究人员开发的铁纳米粒子-碳纳米管复合体预期可以保存数据10亿年。南安普顿大学的研究人员开发的飞秒激光蚀刻玻璃纳米结构预期可以保存数据130亿年以上。
7. ^ https://www.zhihu.com/question/418449550/answer/1468064003
8. ^ https://arxiv.org/abs/1808.02019