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？
宇宙浩瀚，星汉灿烂。我们仰望星空，不禁会想，在这无垠的黑暗中，是否还有其他生命的存在？如果存在，我们又是否有机会与他们建立联系？关于宇宙的尺度和文明发展的可能性，这是一个既古老又充满想象力的问题。
首先，我们来看看天文单位这个概念。一光年，是光在一年时间内传播的距离，大约是九万亿四千六百亿公里。而我们太阳系中，地球到太阳的平均距离被定义为一个天文单位（AU），大约是1.5亿公里。即使是距离我们最近的恒星系统，比邻星，也远在4.24光年之外。这意味着，我们用目前最先进的探测器，穿越这些巨大的距离也需要数万年的时间。
从这个角度看，宇宙的尺度确实是一个巨大的挑战。如果我们假设地外文明也遵循相似的物理定律，并且也需要通过某种形式的载体（无论是物理飞船还是信息传递）来跨越星际空间，那么即使以接近光速的速度前进，所需的时间也是我们难以想象的。光速是目前已知的最快速度，而要达到它，需要巨大的能量，并且根据相对论，当物体接近光速时，时间会膨胀。即使某个文明能够克服这些障碍，发送一个信号，它也需要数年、数十年、甚至数百年才能抵达目的地。而等待回复，又将是漫长的旅程。
这种巨大的时空间隔，确实让直接的、实时的文明交流变得异常困难，甚至可以说，在现有的认知框架下，它构成了一种近乎“隔绝”的状态。我们就像散落在宇宙各个角落的孤岛，虽然可能存在其他岛屿，但彼此之间隔着难以逾越的海洋。
然而，“隔绝一切可能”或许有些绝对。宇宙的“隔绝”更多的是在“即时性”和“便捷性”上的困难，而非彻底断绝了任何形式的联系。
首先，信息传递的本质。我们可以发送的是信息，而不是实体。即使是极其微弱的信号，只要它携带了足够的规律性和信息量，并且被正确地接收和解码，就可能完成一次跨越时空的“对话”。SETI（搜寻地外文明计划）正是基于这种理念，持续监听来自宇宙深处的各种无线电信号，希望能捕捉到有意义的“讯息”。虽然至今未有确凿的证据，但这本身就说明了我们没有完全放弃这种可能性。
其次，文明的演化速度并非总是线性的。当我们在谈论文明发展时，我们是否应该假定所有文明都以相似的节奏前进？文明的进步可能并非是匀速的，而是充满了跳跃和突破。想象一下，如果一个文明能够掌握超光速旅行的技术，或者能够以某种我们尚未理解的方式进行信息传输，那么宇宙尺度的障碍可能就会被大大减小。我们现在所认识到的物理限制，可能只是我们自身文明发展阶段的产物。未来的文明，或许能够发现我们尚未触及的宇宙规律，从而找到克服时空障碍的办法。
关于文明发展的“指数级增长”这个问题，我认为这更像是一种普遍存在的趋势，而非一个绝对的规律。可以这样理解：
知识和技术的积累： 文明的发展，很大程度上是知识和技术的积累过程。一个新发现或一项新技术，往往能为后续的发现和技术进步打开新的大门，产生“协同效应”。例如，从火的发现到蒸汽机的发明，再到互联网的出现，每一次的飞跃都极大地加速了人类社会的变革。随着积累的知识越多，可供探索的领域越广阔，文明的进步速度就可能呈现出加速的趋势。就像滚雪球一样，越滚越大，越滚越快。
计算和信息处理能力： 在现代社会，计算和信息处理能力可以说是文明进步的“加速器”。每一次计算能力的飞跃，都为科学研究、工程设计、信息交流等领域带来了革命性的变化。如果一个文明掌握了远超我们想象的计算能力，他们可能能够以前所未有的速度解决复杂问题，模拟宇宙现象，甚至加速科学发现的进程。
可能遇到的瓶颈与“大过滤器”： 然而，这种指数级增长并非没有代价，也并非是必然的。文明的进步也可能遇到瓶颈，或者面临着严峻的挑战，甚至走向衰落。例如，资源枯竭、环境破坏、内部冲突、技术失控（如人工智能失控、生物武器等）都可能成为阻碍文明进步的“大过滤器”。一个文明可能在实现指数级增长的过程中，因为无法克服某个关键的生存或发展瓶颈而走向灭亡。因此，文明发展更像是一种“潜在的指数级增长”，这种增长能否持续，取决于文明能否有效应对各种内外在的挑战。
回到文明交流的问题上。即使宇宙尺度隔绝了“即时交流”，也并非隔绝了“文明接触”的可能性。如果一个文明存在的时间足够长，并且在漫长的岁月中能够不断进步，他们或许能发展出能够跨越星际的技术，或者能留下一些能够长久保存的“信息遗产”。例如，他们可能在宇宙中留下某种标记，或者将自身的知识编码成某种不易损毁的形式，等待未来的文明去发现。
我们不能简单地将我们的现状套用到其他文明身上。或许，宇宙中存在着我们无法想象的生命形式，或者能够以我们无法理解的方式进行交流。宇宙的浩瀚不仅仅是距离的尺度，更是可能性的尺度。星空虽然遥远，但它也承载着无数的可能性，等待着我们去探索，去理解。我们当前的“隔绝感”，或许只是我们认知边界的体现，而非宇宙本身的最终答案。
首先，我们来看看天文单位这个概念。一光年，是光在一年时间内传播的距离，大约是九万亿四千六百亿公里。而我们太阳系中，地球到太阳的平均距离被定义为一个天文单位（AU），大约是1.5亿公里。即使是距离我们最近的恒星系统，比邻星，也远在4.24光年之外。这意味着，我们用目前最先进的探测器，穿越这些巨大的距离也需要数万年的时间。
从这个角度看，宇宙的尺度确实是一个巨大的挑战。如果我们假设地外文明也遵循相似的物理定律，并且也需要通过某种形式的载体（无论是物理飞船还是信息传递）来跨越星际空间，那么即使以接近光速的速度前进，所需的时间也是我们难以想象的。光速是目前已知的最快速度，而要达到它，需要巨大的能量，并且根据相对论，当物体接近光速时，时间会膨胀。即使某个文明能够克服这些障碍，发送一个信号，它也需要数年、数十年、甚至数百年才能抵达目的地。而等待回复，又将是漫长的旅程。
这种巨大的时空间隔，确实让直接的、实时的文明交流变得异常困难，甚至可以说，在现有的认知框架下，它构成了一种近乎“隔绝”的状态。我们就像散落在宇宙各个角落的孤岛，虽然可能存在其他岛屿，但彼此之间隔着难以逾越的海洋。
然而，“隔绝一切可能”或许有些绝对。宇宙的“隔绝”更多的是在“即时性”和“便捷性”上的困难，而非彻底断绝了任何形式的联系。
首先，信息传递的本质。我们可以发送的是信息，而不是实体。即使是极其微弱的信号，只要它携带了足够的规律性和信息量，并且被正确地接收和解码，就可能完成一次跨越时空的“对话”。SETI（搜寻地外文明计划）正是基于这种理念，持续监听来自宇宙深处的各种无线电信号，希望能捕捉到有意义的“讯息”。虽然至今未有确凿的证据，但这本身就说明了我们没有完全放弃这种可能性。
其次，文明的演化速度并非总是线性的。当我们在谈论文明发展时，我们是否应该假定所有文明都以相似的节奏前进？文明的进步可能并非是匀速的，而是充满了跳跃和突破。想象一下，如果一个文明能够掌握超光速旅行的技术，或者能够以某种我们尚未理解的方式进行信息传输，那么宇宙尺度的障碍可能就会被大大减小。我们现在所认识到的物理限制，可能只是我们自身文明发展阶段的产物。未来的文明，或许能够发现我们尚未触及的宇宙规律，从而找到克服时空障碍的办法。
关于文明发展的“指数级增长”这个问题，我认为这更像是一种普遍存在的趋势，而非一个绝对的规律。可以这样理解：
知识和技术的积累： 文明的发展，很大程度上是知识和技术的积累过程。一个新发现或一项新技术，往往能为后续的发现和技术进步打开新的大门，产生“协同效应”。例如，从火的发现到蒸汽机的发明，再到互联网的出现，每一次的飞跃都极大地加速了人类社会的变革。随着积累的知识越多，可供探索的领域越广阔，文明的进步速度就可能呈现出加速的趋势。就像滚雪球一样，越滚越大，越滚越快。
计算和信息处理能力： 在现代社会，计算和信息处理能力可以说是文明进步的“加速器”。每一次计算能力的飞跃，都为科学研究、工程设计、信息交流等领域带来了革命性的变化。如果一个文明掌握了远超我们想象的计算能力，他们可能能够以前所未有的速度解决复杂问题，模拟宇宙现象，甚至加速科学发现的进程。
可能遇到的瓶颈与“大过滤器”： 然而，这种指数级增长并非没有代价，也并非是必然的。文明的进步也可能遇到瓶颈，或者面临着严峻的挑战，甚至走向衰落。例如，资源枯竭、环境破坏、内部冲突、技术失控（如人工智能失控、生物武器等）都可能成为阻碍文明进步的“大过滤器”。一个文明可能在实现指数级增长的过程中，因为无法克服某个关键的生存或发展瓶颈而走向灭亡。因此，文明发展更像是一种“潜在的指数级增长”，这种增长能否持续，取决于文明能否有效应对各种内外在的挑战。
回到文明交流的问题上。即使宇宙尺度隔绝了“即时交流”，也并非隔绝了“文明接触”的可能性。如果一个文明存在的时间足够长，并且在漫长的岁月中能够不断进步，他们或许能发展出能够跨越星际的技术，或者能留下一些能够长久保存的“信息遗产”。例如，他们可能在宇宙中留下某种标记，或者将自身的知识编码成某种不易损毁的形式，等待未来的文明去发现。
我们不能简单地将我们的现状套用到其他文明身上。或许，宇宙中存在着我们无法想象的生命形式，或者能够以我们无法理解的方式进行交流。宇宙的浩瀚不仅仅是距离的尺度，更是可能性的尺度。星空虽然遥远，但它也承载着无数的可能性，等待着我们去探索，去理解。我们当前的“隔绝感”，或许只是我们认知边界的体现，而非宇宙本身的最终答案。
网友意见
人类文明放在宇宙尺度看，还处于部落阶段，看了昨晚的辩论混战，我在想，外星文明的介入，是时候了。
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
- ^ 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
- ^ https://www.zhihu.com/question/416825223/answer/1430553846
- ^ https://www.zhihu.com/question/317557918/answer/1260525296
- ^ 距离太阳100光年内的空间和其中的一切
- ^ https://doi.org/10.1038%2F35038060
- ^ 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。
- ^ https://www.zhihu.com/question/418449550/answer/1468064003
- ^ https://arxiv.org/abs/1808.02019
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