如果真的存在高级的外星文明，他们拥有两颗距离一光天的星球，他们如何进行通讯呢？
假设存在一个先进的外星文明，他们拥有两颗距离一光年的行星，我们不妨称它们为“阿尔法”和“贝塔”。在如此浩瀚的宇宙尺度下，传统的电磁波通讯方式将面临巨大的挑战。一光年的距离意味着即使以光速传递信息，也需要整整一年的时间才能到达对方。对于需要即时或近乎即时反馈的通讯来说，这是无法接受的。因此，这个外星文明很可能已经掌握了远超我们想象的通讯技术。
超越光速的通讯？
首先，我们必须考虑一个颠覆性的可能性：他们是否能够实现超光速通讯？如果他们已经掌握了量子纠缠的应用，或许可以绕过时空的限制。
量子纠缠通讯： 想象一下，他们在阿尔法和贝塔上各有一个高度纠缠的粒子对。当他们测量阿尔法上的粒子时，贝塔上的粒子会瞬间发生相应的变化，无论它们相隔多远。这并非信息的“传递”，更像是“共享”状态。如果他们能够通过某种方式“编码”信息到纠缠粒子状态的改变上，理论上就可以实现瞬时的信息同步。例如，他们可以在阿尔法上创造一系列特定的纠缠态，贝塔上的观察者通过测量对应的粒子，就能解读出这些状态所代表的信息。当然，这其中存在巨大的技术难题，比如如何稳定地维持大量的纠缠粒子对，如何在不破坏纠缠的情况下“写入”信息，以及如何精确地“读取”信息。
但即使是量子纠缠，也存在一个关键的限制：它不能用来传递“新”信息，而只能用来同步已有的关联。也就是说，你不能用它来发送一条今天的新闻，但你可以用它来验证一个已知的密钥。因此，真正的“通讯”可能还需要更复杂的技术。
利用时空本身的“捷径”
如果超光速通讯仍然受限于物理原理，那么这个文明或许已经找到了利用时空本身的“捷径”。
虫洞通讯： 这是科幻小说中常见的概念，但如果这个外星文明掌握了成熟的“折叠空间”技术，他们也许能够制造出连接阿尔法和贝塔的微型虫洞。这种虫洞并非宏观意义上让你穿越的巨大通道，而是微观层面上的连接。他们可以将信息编码成一种特殊的能量或粒子流，然后通过这个微型虫洞快速“注入”到连接的另一端。由于信息实际上是通过弯曲的时空路径传输，其抵达时间将远远短于光速穿越直线距离所需的时间。这就像是在两点之间挖了一条地下隧道，而不是绕着地球走。要实现这一点，需要对引力场有极其深刻的理解和控制能力，能够精确地扭曲时空。
时空褶皱通讯： 另一种设想是，他们能够利用宇宙本身的褶皱或“皱纹”。宇宙并非绝对平滑，在微观层面可能存在各种量子涨落和时空结构的扰动。如果他们能够精确地探测并放大这些扰动，并将其作为信息载体，那么信息可能就能以一种“跳跃”的方式在阿尔法和贝塔之间传递。这类似于在纸上打一个洞，将纸对折，然后通过洞将信息直接传递到另一边。这种方式的通讯速度同样可能远超光速，但其实现的难度和所需的技术基础依然是天文数字。
更为“传统”但升级的技术
如果他们还没有掌握超光速或者直接扭曲时空的技术，那么他们可能会采用一种经过极度优化的“传统”通讯方式：
高功率定向激光阵列与宇宙定向接收器： 虽然直接的电磁波通讯有延迟，但可以大幅度提升信号的质量和信息的密度。他们可能在阿尔法和贝塔上都部署了极其强大的定向激光阵列，这些激光束能够高度聚焦，将信息以极高的能量密度发送出去，并且指向性极强，指向对方行星的确切位置。即使是微弱的信号也能在穿越一光年后被对方精确捕捉。为了进一步提升效率，他们可能会发送一种高度压缩、经过优化的数据流，并且在接收端拥有极其灵敏且能够过滤宇宙背景噪声的接收设备。
想象一下，这不是我们理解中的“广播”，而更像是在宇宙尺度上进行的一次极度精确的“狙击”。他们不会向整个宇宙发送信号，而只会将信号瞄准对方星球的方向。为了应对一年的延迟，通讯的模式也会发生变化。他们可能不会进行实时的“对话”，而是会发送包含大量信息的“数据包”，就像发送一份详细的报告，然后等待对方接收并回复同样的大量信息。这种通讯方式的效率和信息量会比我们目前的通讯方式高出无数倍。
Neutrino 通讯： 中微子几乎不与物质发生相互作用，这使得它们能够穿透任何障碍物，包括星际物质和行星核心。如果他们能够生成高度定向的中微子束，并对其进行编码，那么这种通讯方式将非常难以被干扰，且不受距离的影响（除了信号衰减）。虽然中微子通讯的能量需求巨大，且编码和解码技术复杂，但对于掌握了先进技术的文明来说，这可能是一种可靠的远距离通讯方式。他们可以在一端生成和调制中微子流，另一端则需要极其精密的探测器来捕捉和解析这些信号。
信息编码与处理的革命
无论采用何种物理媒介，信息本身的编码和处理方式也将是关键。
高度冗余和纠错的编码： 考虑到一光年的传播时间和潜在的宇宙干扰，他们发送的信息一定会经过极度复杂的编码和冗余处理，确保信息在到达目的地时能够被准确地重建，即使部分信息丢失。这可能涉及到一种能够自动适应并修复错误的算法，以及能够从极低信噪比中提取信号的先进信号处理技术。
预先规划的“通讯周期”： 由于无法实现实时对话，他们会建立起一种基于“通讯周期”的模式。例如，他们可能每隔几十年或几百年发送一次包含大量数据的“信息包”，然后等待对方在未来的几十年或几百年内做出回应。这种通讯更像是星际文明之间的“书信往来”，需要极大的耐心和长远的规划。
人工智能辅助的通讯管理： 为了应对如此漫长且复杂的通讯过程，他们极有可能依赖高度发达的人工智能来管理和优化通讯。人工智能可以分析最佳的通讯时机，选择最有效的编码方式，预测信息传输的潜在风险，并在接收端自动进行解码和分析。
总结
如果存在这样一对相隔一光年的外星文明，他们的通讯方式很可能已经超越了我们目前对物理学的理解。他们或许掌握了利用量子纠缠实现瞬时信息共享，或者能够通过制造微型虫洞、操纵时空褶皱来实现超光速的通讯。即使是基于电磁波的通讯，也将会是高度定向、高功率、高密度且经过极端优化的，并辅以人工智能来管理漫长的信息交换周期。
关键在于，他们不会将通讯视为一种简单的“通话”，而更像是一种需要精密规划、极大耐心以及对宇宙深层规律深刻理解的工程。他们所传达的，可能是经过深思熟虑的知识、重要的发现，甚至是对宇宙的哲学思考，而不是日常的琐事。对他们而言，一光年，可能只是一个需要精心设计的“邮递路线”而已。
超越光速的通讯？
首先，我们必须考虑一个颠覆性的可能性：他们是否能够实现超光速通讯？如果他们已经掌握了量子纠缠的应用，或许可以绕过时空的限制。
量子纠缠通讯： 想象一下，他们在阿尔法和贝塔上各有一个高度纠缠的粒子对。当他们测量阿尔法上的粒子时，贝塔上的粒子会瞬间发生相应的变化，无论它们相隔多远。这并非信息的“传递”，更像是“共享”状态。如果他们能够通过某种方式“编码”信息到纠缠粒子状态的改变上，理论上就可以实现瞬时的信息同步。例如，他们可以在阿尔法上创造一系列特定的纠缠态，贝塔上的观察者通过测量对应的粒子，就能解读出这些状态所代表的信息。当然，这其中存在巨大的技术难题，比如如何稳定地维持大量的纠缠粒子对，如何在不破坏纠缠的情况下“写入”信息，以及如何精确地“读取”信息。
但即使是量子纠缠，也存在一个关键的限制：它不能用来传递“新”信息，而只能用来同步已有的关联。也就是说，你不能用它来发送一条今天的新闻，但你可以用它来验证一个已知的密钥。因此，真正的“通讯”可能还需要更复杂的技术。
利用时空本身的“捷径”
如果超光速通讯仍然受限于物理原理，那么这个文明或许已经找到了利用时空本身的“捷径”。
虫洞通讯： 这是科幻小说中常见的概念，但如果这个外星文明掌握了成熟的“折叠空间”技术，他们也许能够制造出连接阿尔法和贝塔的微型虫洞。这种虫洞并非宏观意义上让你穿越的巨大通道，而是微观层面上的连接。他们可以将信息编码成一种特殊的能量或粒子流，然后通过这个微型虫洞快速“注入”到连接的另一端。由于信息实际上是通过弯曲的时空路径传输，其抵达时间将远远短于光速穿越直线距离所需的时间。这就像是在两点之间挖了一条地下隧道，而不是绕着地球走。要实现这一点，需要对引力场有极其深刻的理解和控制能力，能够精确地扭曲时空。
时空褶皱通讯： 另一种设想是，他们能够利用宇宙本身的褶皱或“皱纹”。宇宙并非绝对平滑，在微观层面可能存在各种量子涨落和时空结构的扰动。如果他们能够精确地探测并放大这些扰动，并将其作为信息载体，那么信息可能就能以一种“跳跃”的方式在阿尔法和贝塔之间传递。这类似于在纸上打一个洞，将纸对折，然后通过洞将信息直接传递到另一边。这种方式的通讯速度同样可能远超光速，但其实现的难度和所需的技术基础依然是天文数字。
更为“传统”但升级的技术
如果他们还没有掌握超光速或者直接扭曲时空的技术，那么他们可能会采用一种经过极度优化的“传统”通讯方式：
高功率定向激光阵列与宇宙定向接收器： 虽然直接的电磁波通讯有延迟，但可以大幅度提升信号的质量和信息的密度。他们可能在阿尔法和贝塔上都部署了极其强大的定向激光阵列，这些激光束能够高度聚焦，将信息以极高的能量密度发送出去，并且指向性极强，指向对方行星的确切位置。即使是微弱的信号也能在穿越一光年后被对方精确捕捉。为了进一步提升效率，他们可能会发送一种高度压缩、经过优化的数据流，并且在接收端拥有极其灵敏且能够过滤宇宙背景噪声的接收设备。
想象一下，这不是我们理解中的“广播”，而更像是在宇宙尺度上进行的一次极度精确的“狙击”。他们不会向整个宇宙发送信号，而只会将信号瞄准对方星球的方向。为了应对一年的延迟，通讯的模式也会发生变化。他们可能不会进行实时的“对话”，而是会发送包含大量信息的“数据包”，就像发送一份详细的报告，然后等待对方接收并回复同样的大量信息。这种通讯方式的效率和信息量会比我们目前的通讯方式高出无数倍。
Neutrino 通讯： 中微子几乎不与物质发生相互作用，这使得它们能够穿透任何障碍物，包括星际物质和行星核心。如果他们能够生成高度定向的中微子束，并对其进行编码，那么这种通讯方式将非常难以被干扰，且不受距离的影响（除了信号衰减）。虽然中微子通讯的能量需求巨大，且编码和解码技术复杂，但对于掌握了先进技术的文明来说，这可能是一种可靠的远距离通讯方式。他们可以在一端生成和调制中微子流，另一端则需要极其精密的探测器来捕捉和解析这些信号。
信息编码与处理的革命
无论采用何种物理媒介，信息本身的编码和处理方式也将是关键。
高度冗余和纠错的编码： 考虑到一光年的传播时间和潜在的宇宙干扰，他们发送的信息一定会经过极度复杂的编码和冗余处理，确保信息在到达目的地时能够被准确地重建，即使部分信息丢失。这可能涉及到一种能够自动适应并修复错误的算法，以及能够从极低信噪比中提取信号的先进信号处理技术。
预先规划的“通讯周期”： 由于无法实现实时对话，他们会建立起一种基于“通讯周期”的模式。例如，他们可能每隔几十年或几百年发送一次包含大量数据的“信息包”，然后等待对方在未来的几十年或几百年内做出回应。这种通讯更像是星际文明之间的“书信往来”，需要极大的耐心和长远的规划。
人工智能辅助的通讯管理： 为了应对如此漫长且复杂的通讯过程，他们极有可能依赖高度发达的人工智能来管理和优化通讯。人工智能可以分析最佳的通讯时机，选择最有效的编码方式，预测信息传输的潜在风险，并在接收端自动进行解码和分析。
总结
如果存在这样一对相隔一光年的外星文明，他们的通讯方式很可能已经超越了我们目前对物理学的理解。他们或许掌握了利用量子纠缠实现瞬时信息共享，或者能够通过制造微型虫洞、操纵时空褶皱来实现超光速的通讯。即使是基于电磁波的通讯，也将会是高度定向、高功率、高密度且经过极端优化的，并辅以人工智能来管理漫长的信息交换周期。
关键在于，他们不会将通讯视为一种简单的“通话”，而更像是一种需要精密规划、极大耐心以及对宇宙深层规律深刻理解的工程。他们所传达的，可能是经过深思熟虑的知识、重要的发现，甚至是对宇宙的哲学思考，而不是日常的琐事。对他们而言，一光年，可能只是一个需要精心设计的“邮递路线”而已。
网友意见
“同时对两颗星球提供网络服务”不需要即时通讯。利用电磁波为月球探测器、火星探测器提供网络信号的系统早已存在。
2003 年，Hooke、Cerf 等人发表论文《延迟容忍网络：星际互联网的一种实现方式》，正式提出DTN（delay-tolerant networking，延迟容忍网络）作为一种星际互联网的协议标准。以对应“连接频繁中断、经常被限制为单向连接、有较长的延迟和较高错误率”的空间通信环境。
2004 年，NASA 远程更新软件，让位于澳大利亚堪培拉·西班牙马德里·美国加州巴斯托的三台地面卫星站（深空网络/Deep Space Network）与卫星、火星车组成小型 DTN。
起初，火星车朝地球回传信号的网速约 28 到 34Kb/s，延迟时间随火星与地球间距离的变动而在数分钟到十几分钟间改变。
可以参照NASA的介绍和示意图：
Delay/Disruption Tolerant Networking
经过多次改进，好奇号火星车使用空间数据系统协商委员会（CCSDS）制定的空间数据通讯协议 CFDP（CCSDS File Delivery Protocol）来传输文件，与地球的直接数据带宽约有 8 到 32Kb/s，与火星轨道上的 3 个航天器（2001 火星奥德赛号、火星快车号、火星勘测轨道飞行器）间的最大带宽为 2Mb/s；2001 火星奥德赛号与地球的最大带宽为 256Kb/s，火星勘测轨道飞行器与地球的最大带宽为 6Mb/s（大部分时候不会达到峰值速度）。但 CFDP 本身仅支持文件传输，不支持消息传递、流传输或其他应用程序，所以 DTN 仍在继续使用。
地球上的某些恶劣通讯环境也可以使用 DTN，例如追踪极地野生动物或应急·救灾的设备。
无视信息传递速度限制的通讯手段属于 FTL，例如用曲速飞船搬运信息。在这个宇宙中能不能实现 FTL 目前是个开放性问题，相关理论经常是自相矛盾的。
- “一光天意味着网络至少有一天的延迟”不一定成立。
- 因果律不一定成立。
- 目前不知道时序保护假说要怎么处理通过虫洞之类超光速传递信息的亚原子粒子。
可以看看 2021 年初发表的又一个可穿越的虫洞模型：
DOI: 10.1103/physrevlett.126.101102
还有无需负能量、在亚光速时“只要”行星级质量的曲速引擎模型（由之前公开的若干倍木星质量的超光速曲速引擎修改而来）：
DOI: 10.1088/1361-6382/abdf6e
即使信息的传递速度无法超越真空光速，在相对论的支持下，高亚光速对临近的恒星来说其实也是相当快速的，完全可以出现横跨多个恒星系的组织。
你可以考虑和现代国家不同的组织形式，参照人类历史上的旅行时间。
- 千百年前，跨越国土的旅行花掉数个月时间对古人来说是司空见惯的，从长安到敦煌对一般人来说需要一两个月，对军情急报来说需要七八天。从长安到罗马对商队来说需要约十五个月时间。
- 历史上的宗教人士更是频繁花费数年到数十年时间去异乡传教，宗教组织可以形成松散而巨大的结构。
- “一光天”简直不要太短。
例如从地球前往比邻星 b 的旅行，路程约 4.24 光年，你觉得对航行速度 v 相对于宇宙微波背景辐射静止系而言低于真空光速 c 但相去不远的旅行者来说需要的时间是多少呢。
- 对速度 v=0.707c 的旅行者来说，体感时间约 4.24 年。
- 对速度 v=0.866c 的旅行者来说，体感时间约 2.12 年。
- 对速度 v=0.999c 的旅行者来说，体感时间约 0.19 年，即约 69 天半。
- 对速度 v=0.9999c 的旅行者来说，体感时间约 0.06 年，即约 22 天。
十分接近真空光速的速度对宇航工具来说是很大的挑战，需要强有力的防护材料、多样化的防护手段和特化的构造。人体的加减速承受能力倒不是什么问题，你可以用 1 倍标准重力加速度持续加速 307 天来获得 v=0.867c，或是花费同样的时间从这个速度减速到相对参考系静止。
- 地球上有可以肉身承受 40 万倍重力加速度的多细胞生物（秀丽隐杆线虫），让包括人在内的生物承受更大加速度并非不可能，船员也可能用机械化、基因工程等手段增强自己。
- 这样高速的飞行器本身就是大规模毁灭性武器，可以通过投掷物体或直接撞击来给目标天体重大打击，在国家或组织内部需要严格的管制和预警·拦截体系，不过这样的武器并不适合打击宇航文明[1]。
你可以从地球上存在过的帝国和组织那里抽取其根本特征，将其搬运到太空[2][3][4][5][6][7]。
参考
- ^ 相对论让敌人难以在打击靠近之前作出反应，同时也造成你的高速飞翔体反应敌人的反应手段的能力大幅度下降、无法有效追击可机动的目标，而且它被敌人的拦截武器攻击时受到的伤害也是相对速度增幅的。 当敌人的高功率射电望远镜和雷达朝你的高速飞翔体发射高功率电磁波来定位的时候，这些电磁波对你的飞翔体来说是高能伽马射线。如果你将飞翔体的速度堆到雷达几乎不能反应，那么星际物质、恒星光、恒星风、敌人居住区日常的通讯电波与无线电广播、照明光、热辐射、星光等等累积起来对飞翔体构成威胁——和日常交通的情况不同，作为相对论性武器的飞翔体不会在命中目标前减速到相对参考系的宏观低速，高速飞行的风险并不在同一个水平上。 用高速飞翔体攻击纳米级冯·诺依曼探测器群，会导致飞翔体在和少量纳米机械的撞击中严重被毁。
- ^ 阿兹特克帝国： 不委任什么地方长官和税务官，只是定期派出使节到周围存在的城市去要求礼物和珠宝。如果那些城市拒绝朝贡或是杀死使节，他们就要准备面对一段时间后来自帝国的战争。 这种帝国的存在取决于帝国的战争能力。帝国的管理非常松散。 一个突然获得强大力量的低文化物种可以在短时间内表现为星际阿兹特克帝国，从他们的航行技术可以到达的所有地方汲取自己手中没有的东西。自然资源可以从天体上容易地获取，而从未见过的生物、从未见过的文化都值得派出使节来索取；如果使节被拒绝、被攻击或是无法交流，帝国军队就发动行星轰炸，然后从灰烬中提取残骸。 星际阿兹特克帝国的存在不需要突破光速。人类或是人类制造的智能机械可以在短时间内表现为这样的星际文明，尽管不一定持续多久。 星际阿兹特克帝国的专政工具可以是成群的冯·诺依曼探测器，在所有居住区之间形成持续运动的军队复合体并不断朝外扩张，以武力镇压所有的敌对者和叛乱分子。 探测器群的密度可以根据需要来调整，例如每过数天有一队探测器通过行星上空。 探测器可以在不启动的状态下完全不使用动力，靠恒星光和天体引力来调整轨道和速度。
- ^ 蒙古帝国： 部落蹂躏任何有城墙的居住区，占据适合放牧的土地。不进行规模化的殖民，也不热衷于宣教统治者的文化，往往任命当地人来统治当地人。帝国要求被统治者献上食物与贡品且不对统治者设防。 这种帝国的存在取决于被统治者无力反抗。帝国的管理比较松散。 你可以描述特定的自然选择或机械改造产生了星际游牧者们奇妙的生物学特征，使他们热衷于和被统治者们显著不同的生活方式。他们“放牧的土地”可以是恒星，例如他们抵达航行能力范围内的每一个恒星、剥离恒星物质来建造戴森云、星际交通枢纽与通讯设备，蹂躏任何围绕恒星的大规模居住区，该帝国要求被统治者参与戴森云建造且不对统治者设防。统治者不住在戴森云上，而是住在飞船上并不断移动。现实而言这需要人类有些怪癖，但不是不能实现。 星际蒙古帝国的存在不需要突破光速。
- ^ 古中国： 有地方长官、官僚机构、世袭统治者，控制资源分配来治理。这种帝国的存在取决于关键资源。 在星际帝国中设置合理的关键资源有些困难，毕竟在星际航行技术的加持下无论是水、氧气还是可居住的天体都太容易获取，设置航行技术需要十分特殊的矿物则会造成作品的虚构成分里暴增一群容易违反物理定律的“难得素”，也和现实不符。因此，星际大汉帝国并不容易成为现实。
- ^ 大英帝国： 疯狂扩张的自由资本主义，不断索取廉价的原材料和大量的消费者。这种帝国需要发达的交通和通讯，其存在取决于贸易。 在不能突破光速的情况下，很难期待星际大英帝国的疆域范围，但至少距离太阳100光年之内的空间——光世纪世界——是没有太大问题的。星际资本主义的问题是，没有多少东西值得长距离运输而不在本地生产、没有多少东西值得交换。
- ^ 第三帝国： 殖民、社会控制、文化控制。 这种帝国的存在取决于允许大规模殖民的领域，这是可行的： 拆解行星作为材料来建造带有居住区组件的戴森云，顺便杀死行星上的所有生命，十分第三帝国。 人类可能暂时进入这个状态，但不会长期处在这个状态。 星际第三帝国的存在不需要突破光速。
- ^ 天主教会： 宗教神权、等级制度、不同程度的社会控制与文化控制。 可以依靠信徒在太空中的开拓而扩张，也可以依靠教会在前太空文明中的长期正统宗教地位而被太空文明带到太空。 星际天主教会的存在不需要突破光速，甚至不需要接近光速。你可以期待世代飞船充当太空教堂，宏观低速宇航就能建立规模庞大的星际天主教团。其他宗教也可以参照这种做法。
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