任何足够先进的技术都与魔法无异。
——阿瑟·C 1 克拉克(Arthur C 1 Clarke)
在小说《亘》(Eon)中,科幻作家格列格·拜尔(Greg Bear)讲述了一个从支离破碎的世界中逃进平行宇宙的惊险故事。一颗庞大的小行星接近了地球,摇摇欲坠,人们惊恐万状。然而,它没有击中地球,而是奇怪地在一个围绕地球的轨道上安顿了下来。成群结队的科学家被派往太空进行调查。不过,科学家们找到的不是一片荒凉、了无生气的地面,而发现这颗小行星实际上是空心的,它是一艘被一个拥有高级技术的族类放弃的巨型太空船。在空无一人的太空船内部,这本书的女主人公,理论物理学家帕特里茜娅·瓦斯切兹发现了7个宽广的舱室,它们通往一些不同的世界,其中有湖泊、森林甚至整座城市。接下来,她偶然找到了一些巨大的图书馆,记载了这些奇异人们的完整历史。
她随意捡起一本旧书,发现它是马克·吐温写的《汤姆·索亚历险记》(Tom Sawyer),不过是2110年重印的。她意识到,这颗小行星根本不是来自于一个异类文明,而是来自地球本身,来自1 300年以后的未来。她了解到如下这个令人心悸的真相:这些陈旧的记录告诉人们遥远过去爆发的一场古代核战争,杀死了几十亿人,它还引发了核冬天,杀死了几十亿人。经过对这场核战争的日期进行确认,她吃惊地发现它就发生在两个星期以后!她毫无能力阻止这场即将消灭整个地球的不可避免的战争,她所钟爱的亲人们即将被杀死。
她从这些旧档案中神秘地找到了她个人的历史记录,发现她在未来所做的空间时间研究后来会为这颗小行星中一个巨大的隧道奠定基础,这个隧道被称做“道”,它能让人们离开小行星进入其他宇宙。她的理论证明存在着无穷数量的量子宇宙,代表了所有可能的现实。此外,她的理论还可以用来沿着“道”建立许多出入口,使人进入这些宇宙,它们各自都有不同的历史。最后,她进入了隧道,沿着“道”旅行下去,遇到了逃到小行星上的人们,他们是她的后代。
这是个奇怪的世界。几个世纪之前,人们放弃了严格意义上的人的形象,现在可以换上各种各样的形状和身体。即使是早已死去的人们也把他们的记忆和个性储存在计算机数据库中,从而可以使他们起死回生。他们可以多次被复活并下载到新的身体中。他们身体中的植入体可以让他们获得几乎无穷的信息。虽然这些人几乎可以拥有他们想要的任何东西,但我们的女主人公还是在这个技术的天堂中感到悲哀和孤独。她思念她的家庭、男朋友以及属于她的那个地球,而所有这一切都在核战争中摧毁了。最后,她被允许搜索沿着“道”安排的多重宇宙,找出一个核战争被避免、她的亲人还活着的平行地球。最终她找到了一个,一跃而入。(不幸的是,她犯了一个小小的数学错误,在她选定的这个宇宙中的埃及帝国始终没有崩溃。她以她的余生企图逃离这个平行地球,找到她真正的家。)
虽然《亘》中描绘的维度入口纯属虚构,但它提出了一个有趣的问题,与我们有关:如果在我们自己的宇宙中,条件变得无法忍受,我们能找到一个平行宇宙作为庇护所吗?
我们这个宇宙最终会解体为一团无生命的电子、中微子和质子雾,这似乎预示着一切智慧生命最后的命运。在宇宙尺度上,我们看到生命是何等脆弱和短暂。允许生命兴旺的时期集中在一个非常狭窄的频带中,与照亮夜空的恒星的寿命相比,瞬息即逝。随着宇宙变化和冷却,似乎生命不可能再继续。物理学和热力学定律很清楚:如果宇宙像奔命一样地继续加速膨胀,我们所知道的生命最终将难逃厄运。但是,当宇宙的温度在亿万年中继续下降的时候,先进的文明会不会试图拯救自己?通过动用它所拥有的一切技术,以及宇宙可能存在的任何其他文明所拥有的技术,它能不能逃脱不可避免的大冻结?
由于宇宙各阶段演变的速率是以几十亿年到几万亿年来衡量的,勤奋智慧的文明还有充足的时间来迎接这些挑战。虽然还难以想象先进文明能拿出何种技术来延长他们的生存,还只能做一种纯粹的猜测,但我们可以运用已知的物理定律来探讨,几十亿年以后会有多么丰富的办法可供他们选择。物理学不会告诉我们,一个先进的文明会采用哪些具体的计划,但它有可能告诉我们,能够帮助我们逃生所需要的参数能有多大的范围。
对于一位工程师来说,离开宇宙的主要问题在于我们是否有足够的资源来建造一架能够实现这一奢望的机器。但对于一位物理学家来说,主要的问题不在于此:物理定律是否允许这些机器的存在才是第一位的。物理学家要求有“支持这种原理的证据”,也就是,我们要求证明,在你拥有足够先进的技术的情况下,根据物理学定律,逃往另一个宇宙是可以做到的。我们是否拥有足够的资源这个问题,相对是个较小的具体细节,只能留给几十亿年以后的未来,面临着大冻结的那些文明来解决。
根据皇家天文学家马丁·里斯爵士的说法:“虫洞、额外的维度以及量子计算机,给人提供了遐想的空间,它们最终说不定能把整个宇宙改造成一个‘有生命的宇宙’。”
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 类文明
为了理解各种文明今后几千年到几百万年间的技术水平,物理学家们有时根据它们对能源的消耗以及热力学定律来对它们进行划分。在对天空进行扫描,寻找智慧生命的迹象时,物理学家们不是在寻找“绿色小矮人”,而是寻找具备Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类文明的能量产出特征的文明。这几个档次的概念是20 世纪 60 年代由俄罗斯物理学家尼古拉伊·卡尔达舍夫(Nikolai Kardashev)在对外太空可能存在的文明所发出的射电信号进行分类时提出的。每种文明类型所释放的辐射都有其特有的形式,可以被测量和分类。(即使一个先进的文明想掩盖其存在,我们的仪器也能把它们探测到。根据热力学第二定律,任何先进文明都将产生以废热为形式的熵,它不可避免地要漂入外太空。即使它们想掩盖它们的存在,也不可能把由它们的熵而造成的轻微辐射掩盖起来。)
Ⅰ类文明应已掌握了行星级别的能源。它们对能源的消耗可以被精确测量到:从定义上来说,他们能够利用到达他们星球的全部太阳能,相当于10^16瓦。拥有了这种行星能源,它们应可以对天气进行控制或更改,使飓风改道,或在海洋上建立城市。这种文明真正成了它们行星的主人,并建立了一个行星级的文明。
Ⅱ类文明应已耗尽了单独一颗行星的能源,并已掌握了整个一颗恒星的能源,大约相当于 10^26 瓦。它能够利用它的恒星的全部能量输出,因而也可以想象,它们能够控制太阳耀斑,并点燃其他恒星。
Ⅲ类文明已耗尽了单一一个太阳系的能量,并已在其本星系的广大范围内进行殖民。这种文明能够利用100亿颗恒星的能量,大约相当于10^36瓦。
每类文明与比其低一个级别的文明之间的差别为100亿倍。因此,一个Ⅲ类文明由于掌握了几十亿颗恒星系的能量,它可以利用的能源产出量是Ⅱ类文明的100亿倍,而Ⅱ类文明掌握的能量输出则为Ⅰ类文明的100亿倍。虽然这些文明之间的差距似乎到了天文数字,但还是有可能计算出要达到第Ⅲ类文明的地位估计需要多少时间的。假设一个文明以每年2%~3%的低速度在能量产出方面增长。(这种假设是有道理的,因为经济增长是可以相当准确地计算出来的,而它是与能量消耗直接联系的。经济规模越大,它的能源需求就越大。由于许多国家的国内生产总值,也就是GDP,是以每年1%~2%之内的速度增长,我们可以预期它的能量消耗大致也是按同样的速率增长的。)
按照这种平缓的速率来算,我们可以估计,我们现在的文明还需要大约100年到200年的时间才能达到Ⅰ类文明的地位。要达到Ⅱ类文明的水平需要5000到10 000年的时间,要达到Ⅲ类文明的水平需要 10万到100万年的时间。以这样一个尺度来看,我们今天的文明可以分类为0类文明,因为我们主要从死去的植物获取能量(石油和煤炭)。一场飓风可以释放出几百枚核武器的能量,但即使对飓风进行控制也超出了我们的技术能力。
为了对我们目前的文明进行描述,天文学家卡尔·萨根提出在各类文明之间设置更具体的等级。我们已经看到,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类文明各自的能量产出大致是1016、1026和1036瓦。他提出,比方说,可以分出一个Ⅰ1 1类文明,它的能量产出量是1017瓦,一个Ⅰ1 2类文明,它的能量产出量是1018瓦,诸如此类。把每种Ⅰ类文明分为 10 个子类,我们就可以把我们自己的文明归类了。在这个尺度上,我们当今的文明多半像是个01 7类文明——真正的行星文明已经在我们的“射程之内”了。(0 1 7类文明在能量生产方面仍然比Ⅰ类文明小1 000倍。)
虽然我们的文明仍然相当原始,但我们已经可以看到,向Ⅰ类文明过渡正在我们眼皮底下发生。当我注目报纸头条的时候,我时刻注意到这种历史过渡正在进行之中。事实上,我觉得能够亲历这一过程是三生有幸:
3 因特网是一种正在崛起的Ⅰ类文明电话系统,它有能力成为无所不能的全球通讯网络的基础。
3 Ⅰ类文明的社会经济将不是由民族国家主宰,而是由像欧盟那样的大型贸易集团主宰,它是因为与 NAFTA(北美国家自由贸易协议)竞争而形成的。
3 英语有可能成为我们这个Ⅰ类文明社会的通用语言,它现在已经是地球上的第二大语言了。今天在许多第三世界国家,上层阶级和受过大专教育的人往往既讲英语也讲当地语。Ⅰ类文明的全部人口可能就像这样,都讲双语,一种本地语,一种全球通用语。[21]
3 民族国家虽然可能还会以某种形式继续存在几个世纪,但随着贸易壁垒的倒塌,整个世界在经济上的相互依存度加强,它的重要性会降低。(现代的民族国家部分地来说是被资本主义者以及那些希望有统一货币、边界、税收法律以便从事经济活动的人划分出来的。随着经济活动本身越来越国际化,国家边界的重要性照理会降低。)没有任何一个单独的国家能够强大到足以阻止这一迈向Ⅰ类文明的进程。
3 我们也许将永远不会没有战争,但随着全球中产阶级的出现,人们更感兴趣的是旅游和积累财富及资源,而不是压制其他国家的人民、控制市场和地理区域,因此战争的性质会改变。
3 污染问题将越来越多地放在全球层面上来解决。温室气体、酸雨、热带雨林失火等现象不会尊重任何国家边界,邻近国家会对主犯国施加压力,要求它约束自己的行为。由于全球环境问题的存在,这将促进加速找到全球解决方案。
3 由于过量开发和消费,资源渐渐枯竭(例如鱼类和粮食的收获量、水资源),会有越来越大的压力要求在全球层面上对资源进行管理,否则就要面临饥荒和崩溃。
3 信息将几乎成为免费的,促使社会大幅度提高民主程度,让没有说话权力的人获得新的发言权,给****制度施加压力。
所有这些力量都不是任何单独个人或国家能够左右的。因特网是无法封杀的。事实上,任何想要封杀因特网的措施只会招致更多的嘲笑,而不是恐惧,因为因特网是通向经济繁荣、科学以及文化娱乐的道路。
但是从0类文明向Ⅰ类文明的过渡也是最艰险的,因为我们身上还带着从森林中崛起时就有的野性。从某种意义上来说,我们文明的进步就是一种与时间赛跑的过程。一方面,走向Ⅰ类全球文明将给我们带来前所未有的和平和繁荣。另一方面,熵的力量(温室效应、污染、核战争、原教旨主义、疾病)仍有可能将我们毁灭。马丁·里斯爵士把这些威胁,以及由于恐怖主义、生物工程开发出来的微生物和其他由技术进步带来的噩梦造成的威胁看做是人类面临的最大挑战。他指出,我们成功解决这些问题的几率只有50%,这毫无疑问是一剂清醒剂。
这也许是我们为什么不能从太空中看到地外文明的原因之一。如果它们确实存在,那么也许它们太先进了,很难对我们这种01 7类社会产生兴趣。也有一种可能,也许它们已在战争中毁灭,或在迈向Ⅰ类文明的过程中被自己造成的污染所灭绝。(从这个意义来说,现在活着的这一代人也许是地球上所存在过的人中最重要的一代;我们能不能安全地过渡到Ⅰ类文明很可能要取决于这代人。)
但是正如弗里德里希·尼采(Friedrich Nietzsche)曾经说过的那样,如果能够大难不死,那我们就会变得更强大。我们从0类向Ⅰ类的艰难过渡必将是一次火的考验,要经历几个命悬一线的回合。但如果我们能够从这一挑战中挺住,我们将会以更强大的形象崛起,正如锤打熔化的钢只是使它得到了锻炼。
Ⅰ类文明
达到了Ⅰ类文明以后,还不大可能立刻奔向恒星,更有可能的是继续在本土行星生活几个世纪,要有足够的时间来解决过去遗留下来的民族主义、原教旨主义、种族及宗派情绪。科幻作家们经常低估宇宙航行和宇宙殖民的难度。今天,要把任何东西放上近地轨道,每磅(0 1 453 6千克)重量的费用是10 000到40000美元。(要能想象出太空旅行有多么昂贵,可以想象一下用实芯的金子打造一个约翰·格林需要多少钱。)每次发射航天飞机的费用在 8 亿美元以上(按把航天飞机计划的全部成本除以发射次数算)。太空旅行的费用有可能会降低,但在今后几十年中也只能降低 10 倍,这要等有了在一次发射完成之后可以立刻再用的可重复使用运载火箭(RLVs)问世以后。在整个 21 世纪,太空旅行除了对最有钱的个人及国家来说,将始终是个昂贵得高不可攀的话题。
(这方面可能会有一个例外:开发出“太空电梯”。由于最近在纳米技术方面的进步,已经有可能制造出由超强超轻碳纳米管纺成的线。从原则上来讲,这些碳原子线将有足够的强度将位于离地球20 000英里〔32 187千米〕处的轨道上的地球同步卫星连接在地上。如同《杰克与魔法豆》〔Jack and the Beanstalk〕中所描写的那样,你花费通常价格的一个零头就可以沿着这根碳纳米管做成的线到达外太空。历史上,太空科学家否定过太空电梯的想法,因为任何已知的纤维都经受不住这种缆线上的拉力。然而,碳纳米技术可能会改变这种状况。NASA已经出资对这种技术进行初步研究,今后将密切分析其进展情况。但是,即便这种技术被证明是可行的,太空电梯最多也只是把我们带到围绕地球的轨道,而不能到达其他行星。)
宇宙殖民的梦想必须降温,因为通往月球和其他行星的载人航行将比近地航行贵许多倍。与几个世纪前哥伦布和早期西班牙探险家在地球上所做的航行不同,那时一艘船的费用只是西班牙国内生产总值中很小的一个零头,而其潜在的经济回报非常巨大;但要在月球和火星上建立殖民地会使多数国家破产,同时几乎不会带来任何直接的经济效益。向火星进行一次简单的载人航行,其费用少说1 000亿美元,多说5 000亿美元,却很难说能有什么经济上的收获。
同样,还必须考虑人类乘员所面临的危险。半个世纪以来的液体燃料火箭经验表明,火箭发射中灾难性失败的几率大约为每 70 次中有一次(事实上,这个比值中还包括了两次航天飞机惨剧)。我们经常忘记,太空旅行与旅游是不同的。装载着这么多挥发性燃料,人类的生命面临着这么多致命威胁,未来几十年中太空旅行将继续是个冒险的话题。
然而从几个世纪的尺度上来讲,这种局面可能会逐渐发生变化。随着太空旅行的成本持续缓慢下降,火星上也许会逐步建立几个太空殖民地。以这种时间尺度而论,有些科学家甚至创造性地提出了一些机制,来把火星改造得像地球一样,例如令一颗彗星改道,使之在大气中蒸发,从而在大气中增加水蒸气。另外一些人提出在大气中注入甲烷,以便在这颗红色星球上人为创造出温室效应,提高温度,逐渐融化火星表面以下的永冻土,几十亿年以来第一次在火星的湖泊和溪流中灌进水。有些人还提出了采用一些更为极端和危险的措施的可能性,例如在冰盖下引爆一枚核弹头,把冰融化(这将对未来的太空殖民者造成健康危害)。但这些设想仍然过于异想天开。
更为可能的情况是,在最近的几个世纪中Ⅰ类文明将把太空殖民作为一种遥远的选项。但是对于在时间上要求并不很高的远距离行星际航行来说,开发一种太阳能/离子发动机可能为星际间航行提供一种新形式的推动力。这种慢速发动机提供的推进力不大,但一次可使这种推进力维持好几年。这种发动机把来自太阳的太阳能集中起来,把一种像铯这类的气体加热,然后从排气管中把这种气体喷出,提供一种几乎可以无限期维持的适度推进力。由这种发动机提供动力的运载工具说不定可以很理想地在行星际间建立一个连接各颗行星的“州际公路系统”。
最终,Ⅰ类文明说不定可以向邻近的恒星发射几个实验性的探测器。由于化学燃料火箭的速度最终受到火箭排气管中气体的最大速度所限,如果物理学家们想要达到几百光年远的地方,就必须找到更奇特形式的推动力。其中一个可能的设计,就是创造一种聚变冲压喷气发动机(ram 2 jet),这是一种从星际空间收集氢,然后把它聚变,在此过程中无止境地释放能量的方法。然而,质子质子聚变即使在地球上也很难做到,更不要说是在外太空中的一艘星际飞船上了。这样的技术至少也要等到一个世纪以后的未来。
Ⅱ类文明
能够运用整个恒星的能量的Ⅱ类文明,可能会像《星际迷航》(Star Trek)连续剧中的那种行星联邦,只是没有那种“卷曲引擎(warp drive)”。它们已经在银河系中的一小块区域进行殖民,能够点燃恒星,因此够得上一个新兴的Ⅱ类文明。
为了充分利用太阳的输出能量,物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)猜测说,Ⅱ类文明可能会建造一个巨大的球体围绕着太阳转,以便吸收它的光线。例如,这一文明将能够把一个木星大小的行星解体,把它的质量配置在一个围绕太阳转的球体中。由于热力学第二定律,这个球体最终会热起来,发射出特有的红外线,从外太空可以看得到。位于日本的文明研究所的寿岳润(Jun Jugaku)和他的同事们对远达 80 光年的天际进行了搜索,试图找到其他这种类似的文明,但是没有找到这种红外线发射(尽管我们记得我们银河系的直径有100 000光年)。
Ⅱ类文明有可能对在它们太阳系中的一些行星进行殖民,甚至有可能启动一个计划来开发恒星际旅行。由于Ⅱ类文明能够掌握的资源非常多,它最终有可能开发出一些奇异形式的推进力,例如为它们的星际飞船装上反物质/物质推进器,使接近光速的航行成为可能。从理论上来讲,这种形式的能源具有100%的能源效率。在Ⅰ类文明的水平上,这在实验中也是可以做到的,只是昂贵得令人却步(需要动用原子击破器来创造反质子束,用以制造反原子)。
对于Ⅱ类文明将会怎样运转,我们只能猜测。然而,它将有几千年的时间来把财产、资源和权力方面的争端理清楚。Ⅱ类文明有可能永不消逝。有可能,科学已知的任何东西都不能毁灭这种文明,唯一的可能,或许是其居民自己做出了疯狂的举动。彗星和陨星将被改道;气候格局被改变,避免了冰河期;甚至在受到邻近的超新星爆炸威胁时,也只需放弃自己的本土行星,把整个文明迁移出伤害范围之外就可以了——乃至有可能对垂死恒星的热核反应机制进行修改。
Ⅲ类文明
当一个社会达到Ⅲ类文明的水平时,由于有了令人难以置信的能量,它有可能开始考虑空间时间变得不稳定的问题。我们知道普朗克能量,在这种能量水平上,量子效应起主导作用,空间时间变成“泡沫”状,充满了泡泡和虫洞。普朗克能量如今还远在我们的能力范围之外,但这只是因为我们是从01 7类文明的视角来对能量进行评判的。到了Ⅲ类文明的时候,它所拥有的能源将比当今地球上能找到的多几百亿的几百亿倍(或者说1020)。
伦敦大学学院(University College)的天文学家伊恩·克罗弗德(Ian Crawford)在谈到Ⅲ类文明的时候写道:“假定典型的殖民范围为10光年,飞船的速度为光速的百分之十,建立一个星际殖民地以及由这个殖民地派遣出自己的殖民地之间有400年的时间间隔,那么殖民化的波阵面将以每年0.02光年的速度扩张。由于我们银河系的直径为 100000 光年,在大约不超过500万年的时间里,整个银河系就被殖民化了。这虽然对人类来说是个很长的时间,但它只是星系年龄的0.05%。”
科学家们已经认真尝试过探测我们自己银河系中Ⅲ类文明的射电源。位于波多黎各的巨型阿力色宝射电望远镜已经对银河系的大部分区域进行过扫描,寻找接近氢气发射谱线的 1 1 42 千兆赫(gigaherz)射电源。在那个频带中,他们没有发现任何辐射出10^18至10^30瓦能量(即Ⅰ1 2类到Ⅱ1 4类)的文明。然而,这并不排除有一些文明刚好超过我们的技术水平,处于018至Ⅰ11类之间,或比我们先进得多,例如在Ⅱ15类以上。
它也不排除其他通讯方式。例如,先进的文明也可能通过激光,而不是无线电来发射信号。如果它们采用无线电的话,它们采用的频率也可能不是1 1 42千兆赫。例如,它们有可能把信号散布在许多频率上,然后在接收端重新组合。这样的话,过路的恒星或彗星就不会对整个信息造成干扰。任何接收到这种分散信号的人所听到的可能只是杂音。(我们自己的电子邮件也是分解成许多片断的,每个片断都通过一个不同的城市发出,最后重新组合起来到达你的个人电脑。与此类似,先进文明有可能决定把信号分解,然后在另一端把它重新组合。)
如果宇宙中存在着Ⅲ类文明,那么它迫切关心的事情之一就是要建立一个连接整个星系的通讯系统。这当然取决于它们是否能够通过某种方式掌握了高于光速的技术,例如通过虫洞。假定它们还不能够,那么它们的发展会受到相当大的阻碍。物理学家弗里曼·戴森在援引吉恩马克·列维勒布朗(Jean 2 Marc Levy 2 Leblond)的著作时猜测,这样的社会可能生活在一个“卡罗尔式”的宇宙中,这是以刘易斯·卡罗尔(Lewis Carroll)的名字命名的(《艾丽丝漫游奇境记》的作者)。他写道,过去,人类社会是以部落为基础的,在那时空间是绝对重要的,但时间只是相对重要。这意味着分散部落之间的通讯是不可能的,在人的一生当中,我们只能冒险离开自己的出生地点很短的一段距离。每个部落都被广大的绝对空间阻隔着。随着工业革命的到来,我们进入了牛顿宇宙,在这里空间和时间成为绝对重要的因素,也就是,我们有了船和车,把分散的部落连接为国家。到了 20 世纪,我们进入了爱因斯坦宇宙,这时空间和时间都变成了相对的,也就是,我们开发出了电报、电话、无线电和电视,可以进行即时通讯。Ⅲ类文明有可能再度退回到“卡罗尔”宇宙,太空中孤立的殖民点被巨大的恒星际距离阻隔,由于存在光速这一障碍而无法进行沟通。为了避免出现这种分散的卡罗尔宇宙,Ⅲ类文明可能需要开发虫洞,在亚原子层面上进行高于光速的通讯。
Ⅳ类文明
一次我在伦敦天文馆作讲演时,一个 10 岁小男孩来到我面前,坚持说肯定存在着Ⅳ类文明。我提醒他说,因为只有行星、恒星和星系,只有它们才是萌生智慧生命的平台。[22]但他声称,Ⅳ类文明可以利用整个空间(continuum)的能量。
我意识到,他说的没错。如果能有Ⅳ类文明,它的能源可能超出星系,比方说,我们身边看到的暗物质构成了宇宙中物质/能量含量的73%。虽然它有可能是一种巨大的能量储备——宇宙中远为最大的——但这种反引力场散布在宇宙中广大的虚空地带,因此在空间中的任何一个点上都是极度微弱的。
尼古拉·特斯拉(Nikola Teslas)是个电气天才,也是托马斯·爱迪生(Thomas Edison)的竞争对手,曾写过大量的文章论述如何利用真空能量。他相信真空中蕴藏着难以计数的能量资源。他认为,如果我们能有办法开启这一看不见的能量,那它就会引起整个人类社会的革命性变化。然而,要想利用这种神奇的能量是极端困难的。例如要在海洋中寻找金子。海洋中分布的金子,可能比诺克斯堡(美国国家黄金储藏地)以及世界上所有其他金库中的黄金还要多。然而,要在如此广大的区域中采掘这种黄金,其费用高到令人望而生畏。因此,躺在海底的黄金从来没有人去采掘过。
与此一样,暗物质中隐藏的能量超过了恒星和星系的全部能量含量。然而它散布在几十亿光年的区域中,难以集中起来。但是,根据物理学定律,我们还是可以想象,先进的Ⅲ类文明在耗尽了星系中恒星的能量之后,可能会想出办法来开采这种能源,从而过渡到Ⅳ类文明。
信息分类
以新技术为基础,可以对这种分类进一步细化。卡尔达舍夫(Kardashev)是在20世纪60年代第一次写出这一分类的,那时计算机微型化进程还没有开始,纳米技术还没有取得进步,还没有意识到环境恶化问题。根据这些新发展,先进的文明可以以一种稍微不同的方式进步,对我们今天经历的这种信息革命加以充分利用。
由于先进文明是以几何级数般的速度发展的,所产生的巨量废热会把行星的温度提高到危险的程度,造成气候问题。皮氏培养皿中的细菌族群会以几何级数增长,直至耗尽食物来源,毫不夸张地淹死在自己排出的废物中。与此类似,由于太空旅行在未来几个世纪仍将昂贵到令人望而却步,要想对附近的行星进行地球化改造,即使可能的话,也将是一场艰巨的经济和科学挑战,一个演进中的Ⅰ类文明要么淹死在自己的废热中,要么把它的信息产品微缩简约化。
要了解这种微缩化的效率,想一想人类的大脑:它包含了大约1 000亿个神经元(与可见宇宙中星系的数量一样多),却几乎不产生任何热量。大脑显然可以毫不费力地进行每秒百万之四次方(1024)比特的运行,以此类比,如果我们今天的计算机工程师也要设计出有这种能力的电子计算机的话,它可能就要像几个街区那样大,而且还需要有一座水库来给它降温。然而我们的大脑可以进行最为深邃的思索,而不会出一滴汗。
大脑能够做到这一点,得益于它的分子和细胞结构。首先,它根本不是个计算机(也就是标准意义上的图灵〔Turing〕机,有输入磁带,输出磁带以及一个中央处理器)。大脑没有操作系统,没有Windows,没有CPU(中央处理器),没有奔腾芯片,没有这些通常与计算机相联系的东西。它是一个高效的“神经网络”,是个学习机器,记忆和思维模式分布在整个大脑中,而不是集中在一个中央处理器中。大脑的计算速度甚至并不十分快,因为沿神经元传达的电信号是化学性质的。但由于它能够进行多重处理,并能够以天文数字般的高速对新任务进行学习,因此弥补了这些不足,而且绰绰有余。
为了对电子计算机的粗笨效率进行改进,科学家正试图采用一些新颖的想法,许多都取法大自然,从而建造出下一代的微缩计算机。普林斯顿的科学家们已经能够在DNA分子上进行计算了(把DNA作为一段计算机磁带,其基础不是二进制的0和1,而是四种核酸:A、T、C和G);他们的DNA计算机解出了包括几座城市之间的“货郎担问题”(也就是计算出连接 N 座城市的最短路径的问题)。同样,分子晶体管也已在实验室中建成,甚至连第一个原始的量子计算机(可以以一个个原子为基础进行计算)也已经建成了。
鉴于纳米技术方面的进步,可以想象,先进的文明会找到比这远为更高效的方法进行发展,而不是制造出巨大的废热,危及他们的生存。
A至Z类
萨根(Sagan)提出了另一种方法,按照它们的信息含量对先进文明进行排序,这些信息对于任何试图离开这个宇宙的文明都是必不可缺的。例如,A类文明能够处理106比特的信息。这对应于没有书面文字,只有口头语言的原始文明。为了理解A类文明中含有多少信息,萨根以一个叫做“二十个问题”的游戏为例。在这个游戏中,你可以问 20 个只能以“是”或“否”来回答的问题,从而辨认出一种神秘的东西。其中一种做法是,问一些可以把世界分为两大类的问题,例如,“它是活的吗?”问过20个这样的问题以后,我们就已经把世界分成了220份,或者说106份,而这就是一个A类文明所包含的全部信息。
一旦发明了书面文字,全部信息量就开始迅速爆炸。麻省理工学院的物理学家菲利普·莫里森(Phillip Morrison)估计,古希腊时代全部遗存下来的书面遗产大约为109比特,或者相当于萨根排序中的C类文明。
萨根对我们当今的信息含量进行了估计。通过对全世界所有图书馆的藏书数量(数以千万计),以及每本书的页数进行估计,他的结论是有1013比特的信息。如果把照片包括进去的话,这个数量可以达到 1015 比特。如果这样的话,那我们就是一个H类文明。由于我们的能量和信息产出量低,我们可以被归类为01 7 H类文明。
他估计,我们第一次接触到的地外文明至少将属于11 5 J或11 8 K类,因为他们已经掌握了恒星星际旅行的动力学。这样的文明最低限度也要比我们的先进几个世纪到几千年。同样,一个星系级Ⅲ类文明的标志,将是每颗行星上的信息含量乘以该星系中能够支持生命的行星的数量。他估计,这样一个Ⅲ类文明应属于Q类。他估计,一个能够掌控十亿星系,也就是可见宇宙的大部分信息含量的先进文明可以够得上Z类文明。
这不是一项可有可无的学术演算,任何即将离开这个宇宙的文明都必将计算宇宙另一边的条件。爱因斯坦的方程是出了名的困难,因为要计算出任何一个点上的空间曲度,你必须知道宇宙中一切物体的位置,每一个都影响到空间的曲度。你还必须知道对黑洞的量子修正值,而这在目前还是无法计算的。由于这项工作的难度大大超出了我们计算机的能力,现今的物理学家通常是研究只含有一个已经坍塌的恒星的宇宙,来对黑洞进行近似计算。要对黑洞的事件穹界之内或靠近虫洞洞口处的动力学有一个更为接近实际的理解,我们必须知道所有邻近恒星的位置和能量,并对量子涨落进行计算。这又是困难到了令人生畏的事情。要解开一个处在空寂宇宙中单独一颗恒星的方程已然十分困难,更不要说漂浮在已膨胀的宇宙中的几十亿个星系了。
这就是为什么任何一个想要进行穿越虫洞之旅的文明必须具备远远超过像我们这种01 7H类文明的计算能力。也许到了Ⅲ Q类文明才能够具备最低限度的能量和信息来认真考虑进行这种跃迁。
同时也可想象得到,智慧生命的分布也可能不限于卡尔达舍夫分类的范围,正如马丁·里斯爵士说的:“不难想象,即使现在生命只存在于地球上,它最终还是会遍布银河系,并超出银河系。所以,生命不会永远都只是宇宙中无关紧要的示踪染色剂,即便它现在是。事实上,我觉得这是个非常吸引人的观点,而且我觉得如果人们能广泛持有这种观点,那将是值得庆幸的。”但是他告诫我们:“如果我们自己把自己断送掉,那我们就毁灭了宇宙真正的潜力。所以,即便我们现在相信,生命是地球所独有的,那也并不意味着生命将永远是宇宙中无关紧要的一部分。”
一个先进的文明准备离开他们的垂死的宇宙时,会做那些方面的考虑呢?它必须要克服一系列大的障碍。
第一步:创立一种万物理论,并对其进行测试
想要离开这个宇宙的文明所遇到的第一个障碍就是要完成一个万物理论。不管它是不是弦理论,我们都必须有一种办法来对爱因斯坦方程做出可靠的量子修正,否则我们的理论就都没有用。幸运的是,由于M理论进展迅速,全球一些最有创造力的头脑都在对这个问题攻关,用不了多久,在几十年中,甚至更短的时间内,我们就将得出结论,它究竟是一个真正的万物理论,还是什么都不是。
一旦找到了万物理论,或叫量子引力理论,我们就需要运用先进的技术对这个理论所能带来的后果进行测试。有几种可能性,包括建造大型原子击破器来制造超粒子,甚至在太空中,或在太阳系范围内各颗行星的卫星上建立巨型引力波探测器。(行星的卫星是相当稳定的,寿命很长,不受侵蚀,没有大气干扰。所以,行星际引力波探测系统应能窥探到大爆炸的细节,解决我们在量子引力以及创建新宇宙方面所存有的任何问题。)
一旦找到了一个量子引力理论,而且巨型原子击破器和引力波探测器也证明了它的正确性,那么我们就可以开始回答有关爱因斯坦方程和虫洞的一些至关重要的问题了:
1.虫洞稳定吗?
穿越克尔(Kerr)旋转黑洞时的问题在于,正是你本身的存在打乱了黑洞;在你通过爱因斯坦罗森桥,还没有完全穿越它的时候,它就会坍塌。这项稳定性计算必须根据量子修正重新计算,量子修正可能会使计算结果完全不同。
2.存在奇异吗?
当我们从连接两个不同时间区域的可穿越性虫洞通过时,虫洞入口处的辐射会积聚到无穷大,造成灾难性结果。(这是因为,辐射可以穿越虫洞,沿着时间回溯,经过许多年之后再第二次进入虫洞。这一过程可以无穷次地重复,造成无穷大的辐射积聚。但是,如果多世界理论成立的话,那么这个问题就可以解决,辐射每穿越一次虫洞,宇宙就分裂一次,这样就不会有无穷大的辐射积聚。我们要有了万物理论才能解决这一奥妙问题。)
3.我们能够找到大量的负能量吗?
负能量是打开虫洞并使之稳定下来的关键因素,现在已经证明是存在的,但只有很少的数量。我们能够找到足够数量的负能量,打开虫洞并使之稳定下来吗?
如果能找到这些问题的答案,那么先进文明就可以认真考虑如何离开这个宇宙,否则就注定消亡。这有几种可能性。
第二步:找到自然出现的虫洞和白洞
虫洞、维度出入口以及宇宙弦可能在外太空中自然存在。在大爆炸的一瞬间,当巨量的能量释放到宇宙中的时候,虫洞和宇宙弦可能就自然形成了。然后,早期宇宙的膨胀可能使这些虫洞扩张到非常巨大。此外,外太空中也有可能存在奇异的物质或负物质。这将对我们逃离垂死宇宙的努力起到极大的帮助。然而,我们无法保证自然中确实存在这些物质。从来没有任何人见过这些物质,而且要把所有智慧生命的命运押在这个假设上,风险实在太大。
其次,通过对天空进行扫描,有可能找到“白洞”。爱因斯坦的方程式中有了白洞这个解,时间就可以倒转,物体就会以被黑洞吸进去的同样方式,被从白洞中弹出。白洞也许可以在黑洞的另一端找到,这样,进入黑洞的物质最终会从白洞出来。迄今为止,所有的天文搜索都还没有找到白洞的证据,但是有了下一代建立在太空的探测器以后,它们的存在可能被证实。
第三步:发射探测器穿越黑洞
利用像虫洞这类的黑洞绝对有优越性。我们现在已经发现,宇宙中的黑洞相当多;如果能够解决大量的技术难题,先进的文明一定会认真考虑将黑洞作为脱离宇宙的逃生舱口。同时,如果穿越黑洞的话,我们就不受不能回到时间机器被创造出来之前的时代的这项约束了。处于克尔环(Kerr ring)中心的虫洞可能把我们的宇宙与很不相同的宇宙连接起来,或联系到同一个宇宙的不同点上。解惑的唯一办法是用探测器进行试验,并用超级计算机计算宇宙中物质的分布情况,计算出穿过虫洞时所需要的对爱因斯坦方程的量子修正。
目前,大多数物理学家相信,穿越黑洞之旅会是致命的。然而,我们对黑洞物理学的理解还只是在初级阶段,还从来没有人对这一猜想进行测试。为了辩明论点,可以假设穿越黑洞之旅是可能的,特别是穿越一个旋转着的克尔黑洞。那么,任何先进文明都会认真考虑对黑洞内部进行探测。
由于穿越黑洞之旅是有去无回的,由于靠近黑洞的地方存在着巨大的危险,先进文明有可能先找一颗邻近的恒星黑洞,首先发射一个探测器来穿越它。在它最终穿过事件穹界并失去一切联系之前,探测器可以发回宝贵的信息。(穿越事件穹界可能相当危险,因为事件穹界周围有强大的辐射场。进入黑洞的光会发生蓝移,因此在接近中心的时候会增强能量。)任何近距离经过事件穹界的探测器必须具备完善的防护罩,以抵御这种强大的辐射场。此外,这还有可能破坏黑洞本身的稳定,使事件穹界变为一个奇点(singularity),从而关闭虫洞。探测器将精确测定事件穹界附近有多少辐射,以及在存在所有这种能流的情况下,虫洞是否仍然保持稳定。
探测器进入事件穹界之前收集到的数据必须以无线电发射到附近的太空船上,但这就又出现了另一个问题。对于这些太空船上的观察者来说,随着探测器离事件穹界的距离越来越近,它在时间上似乎放慢了。当它进入事件穹界的时候,探测器事实上看起来似乎在时间中冻结了。为了避免这个问题,探测器必须在离开事件穹界一定距离的地方发射其数据,否则无线电信号会红移得非常严重,以致无法辨认它的数据。
第四步:建立一个慢动作的黑洞
一旦通过探测把黑洞事件穹界附近的特性详细调查清楚了以后,下一步可能就要实际建立一个慢动作的黑洞,用它来做试验。Ⅲ类文明可能会把爱因斯坦论文提示的那些结果再现出来,也就是,黑洞永远不会从尘埃和粒子形成的旋涡中产生。爱因斯坦曾试图证明,聚集在一起旋转的粒子,仅凭它们自己是达不到史瓦西半径的(因此也就不可能形成黑洞)。
旋转的物质本身可能不会收缩成黑洞,但这就开启了一种可能性,让我们可以人为地慢慢向这个旋转中的系统注入新的能量和物质,强制这些物质逐渐在史瓦西半径之内通过。这样,先进文明就可以以可操控的方式操纵黑洞的形成。
例如,我们可以想象,一个Ⅲ类文明把大小与曼哈顿差不多,但比太阳还要重的中子星围拢起来,让这些死恒星形成旋涡在一起旋转。引力会逐渐把这些恒星拉得越来越近。但正如爱因斯坦已经证明的,它们将永远达不到史瓦西半径。这时,这一先进文明的科学家将小心翼翼地往这个“混合料”中加进新的中子星。这可能就足以打破平衡,使这群旋涡状的中子材料收缩到史瓦西半径以内。结果,这群星会收缩成一个自旋的环,也就是克尔黑洞。通过对各种中子星的速度和半径进行控制,这样一个文明将能够使克尔黑洞按照它所想要的慢速度打开。
再不然,一个先进的文明可能会试着把小型中子星组合成一个单一不动的物质,直至它的大小达到3个太阳质量,这大致相当于中子星的钱德拉塞卡尔极限(Chandrasekhar limit)。超过这个极限,这颗星就会因其自己的引力而内爆成一个黑洞。(先进文明必须小心,不使制造黑洞的过程引发一次像超新星一样的爆炸。收缩成黑洞的过程必须非常小心精确地逐步进行。)
当然,不论什么人穿越事件穹界,那都将只能是有去无回,没有其他可能。但对于面临注定灭绝的先进文明来说,有去无回的旅程也许是唯一的选择。然而,当人穿越事件穹界的时候,还有一个辐射问题。跟随我们穿越事件穹界的光束,其频率会越来越高,强度也随之变得越来越大。这有可能造成辐射雨,可以对穿过了事件穹界的任何宇航员造成致命伤害。任何先进文明都必然要精确计算这种辐射的程度,以便建造合适的保护罩,防止不被煎熟。
最后,还有一个稳定性问题:克尔环中心的虫洞是否足够稳定,可以完全掉落下去?这个问题的数学解还没有完全弄清楚,因为我们需要运用量子引力理论才能进行正确的计算。也许,克尔环只有在某些非常严格的条件下才是稳定的,让物质从虫洞中掉落下去。这个问题必须运用量子引力数学并通过对黑洞本身进行试验来小心地解决。
总之,穿越黑洞无疑是一次非常困难和危险的旅程。从理论上来说,在进行了广泛的实验,并对所有的量子修正都做了正确计算以前,不能把它排除。
第五步:建立一个婴宇宙
到现在为止,我们一直假定穿过黑洞是有可能的。现在让我们来做相反的假设,也就是,黑洞太不稳定,充满了致命的辐射,那么人可能就想走一条更为艰难的道路:建立一个婴宇宙。先进文明能够建立一个通向另一个宇宙的逃生舱口这一概念,引起了像艾伦·古思这样一些物理学家的极大兴趣。由于在膨胀理论中,建立一个假真空是极为关键的一步,古思猜想,某些先进文明是否会建立一个假真空,并在实验室中创造出一个“婴宇宙”。
一开始,建立一个宇宙的想法看似荒诞。因为说到底,正如古思指出的那样,要建立我们这样一个宇宙,你要有“1089个光子、1089个电子、1089个正电子、1089个中微子、1089个反中微子、1089个质子和1089个中子”。这虽然听起来使人望而生畏,但古思提醒我们,虽然宇宙中的物质/能量含量相当大,但它受到由引力中派生出来的负能量的制衡。净物质/能量可能只有1盎司(28 1 349 5克)那么多。古思谨慎地说:“这难道意味着物理定律真的能允许我们随心所欲地创造一个新宇宙吗?如果我们真的打算照这个方子抓药,我们会立刻遭遇一个恼人的难题:由于一个 10-26 厘米直径的假真空的质量是 1 盎司,它的密度就会达到惊人的每立方厘米 1080克!……如果整个观察到的宇宙的质量被压缩到假真空的密度,那它的体积会比一个原子还小!”假真空应该是时空中很微小的一个区域,那里会发生不稳定,会在时空中出现断裂。在假真空中,可能只需要几盎司的物质就可以创造一个婴宇宙,但你必须把这微量的物质以天文数字的程度压缩到极小。
可能还可以有其他办法来创造婴宇宙。你可以把空间的一小块区域加热到1029开氏度(degrees K),然后把它迅速冷却。据推测,在这个温度上,空间时间变得不稳定;微小的泡泡宇宙开始形成,由此创造出一个假真空。这些微小的婴宇宙随时都在产生着,但寿命很短,但在这种温度下则可能会变成真正的宇宙。这一现象在普通电场效应中已经司空见惯。(例如,如果我们创造一个足够大的电场,真空内外不断出现的虚拟电子反电子对会突然变成真实的,使这些粒子一跃而成为现实存在的。这样,空无所有的空间中所集中的能量会把虚拟粒子转化为真实粒子。同样,如果我们对单独一个点施加足够的能量,从理论上来说,虚拟的婴宇宙可能会无中生有,一跃而成为现实存在。)
图 13 先进文明可能会有若干种方法来人工创建婴宇宙。可以把几盎司的物质聚集到极高的水平,或者也可能把物质加热到普朗克温度。
假设可以达到这种难以想象的密度或温度,那么婴宇宙的形成过程可能就会像上面这个样子。在我们的宇宙中,可以用强大的激光束和粒子束把一小点物质压缩和加热到难以置信的能量和温度。我们永远也不会看到婴宇宙开始形成的样子,因为它是在奇点的“另一边”膨胀,不在我们这个宇宙中。这个备用婴宇宙将有可能通过其自己的反引力在超空间中膨胀起来,从我们这个宇宙分裂出去。因此,我们将永远看不到在奇点的另一边有一个新宇宙正在形成这一现象。但是虫洞会像脐带一样地把我们与婴宇宙联系起来。
然而,这种在炉子里炮制宇宙的方法存在一定的危险。把我们这个宇宙与婴宇宙连接在一起的这个脐带最终会蒸发,产生出相当于 500 千吨(kiloton)核爆炸的霍金辐射,大约相当于广岛原子弹能量的25倍。所以,想在炉子里炮制新宇宙是要付出代价的。
这种建立假真空的学说中最后的一个问题是,稍一不慎新宇宙将直接坍缩成一个黑洞,大家还记得,根据我们的假说,这将是致命的。其原因是彭罗斯定理,根据这个定理,在各不相同的许多情景下,足够大量的物质一旦大量集聚,就不可避免地会坍塌为黑洞。由于爱因斯坦的方程具有时间反演不变性,也就是说,可以从时间上向前或向后演算,这意味着,任何从婴宇宙中掉落出去的物质都会在时间上反演,从而造成黑洞。这样,在建造婴宇宙时必须非常小心,以避免彭罗斯问题。
彭罗斯定理的基础,是向内塌落的物质具有正的能量(与我们身边熟悉的世界一样)这一假说。然而,如果我们有了负能量或负物质,彭罗斯定理就不能成立了。这样,即使是对于膨胀说,我们也需要获得负能量来创立婴宇宙,如同我们在建造可穿越性虫洞时一样。
第六步:建造巨型原子击破器
在我们可以不受限制地获得高科技的情况下,怎样才能建造一架可以离开我们这一宇宙的机器呢?到什么时候我们才有望掌握普朗克能量?达到Ⅲ类文明的程度时,这个文明从定义上来说就已经拥有了掌握普朗克能量的能力。科学家们应已有能力操控虫洞,并且组合起足够的能量在空间和时间中打洞。
先进文明要做这件事,可以有几种办法。正如我们前面提过的,我们的宇宙可能是一片膜,在离开我们1毫米的超空间中漂浮着许多平行宇宙。如果是这样的话,那么大型强子对撞机(LHC)就可能在最近几年中探测到它们。当我们达到Ⅰ类文明的时候,我们说不定甚至已经具备了必要的技术,对相邻宇宙的性质进行探索。所以,与平行宇宙进行接触这种概念也可能并不是遥不可及的想法。
但是让我们假设一种最差的情况,也就是,能够产生量子引力效应的能量水平确实是普朗克能量,也就是说,比LHC的能量大百万之四次方倍(1024倍)。要开发利用普朗克能量,Ⅲ类文明必须要建立恒星规模的原子击破器。在原子击破器或叫粒子加速器中,亚原子粒子沿着一个狭窄的管道前进。当向管道中注入能量的时候,粒子被加速到高能量。如果我们用巨型磁体把粒子的路径弯成一个巨大的圆,那么粒子可以被加速到几万亿电子伏特的能量。圆的半径越大,粒子束的能量就越大。LHC的直径是27千米,把我们这个01 7类文明所能拥有的能量推到了极限。
但是对于Ⅲ类文明来说,原子击破器的规模可以加大到太阳系那么大,甚至是一个恒星系那么大。可以想象,先进文明说不定可以把一束亚原子粒子射入外太空,把它们加速到普朗克能量。我们还记得,有了新一代的激光粒子加速器,几十年之内物理学家就将有可能建造出一个桌面加速器,可在1米的距离内达到200 GeV(2 000亿电子伏特)。把这些桌面加速器一个接一个地叠加在一起,可以想象我们有可能达到使空间时间变得不稳定的能量。
假设未来的加速器只能把粒子加速到每米 200 GeV 这样一个保守的估计,我们将需要一个 10 光年长的粒子加速器才能达到普朗克能量。虽然这对于Ⅰ类或Ⅱ类文明来说是难以想象之大,但对于Ⅲ类文明来说这是完全做得到的。要建造这样一个庞大的原子击破器,Ⅲ类文明要么是把粒子束的路径弯成一个圆,这样大量地节省空间,要么是让这条路径延伸到远远超过了最近的恒星。
例如,人们可以建造一个原子击破器,沿着位于小行星带以里的一个环形发射亚原子粒子。你不必要建造昂贵的圆形管道,因为外太空的真空条件比我们可以在地球上所制造的任何真空都更好。但你必须要建造巨型磁体,按一定的间隔安放在太阳系或其他恒星系中遥远的卫星和小行星上,以便周期性地把粒子束折弯。
当粒子束到达一颗卫星或小行星时,设在那上面的巨大的磁体将把粒子束的方向稍稍拽偏。(月球站或小行星站还必须在一定间隔上把粒子束重新聚焦,因为随着粒子束走得越来越远,它将逐渐分叉。)当粒子束越过几颗卫星(moons)之后,它将逐渐形成一个弧形。最终这个粒子束会以一个近似圆形行进。我们还可以想象有两个粒子束,一个沿太阳系顺时针转,另一个逆时针转。当两个粒子束相撞时,物质/反物质碰撞释放出的能量达到接近普朗克能量。(可以算得出来,要把这种强大的粒子束折弯,所需要的磁场远远超过了我们今天的技术。然而,可以想象,先进文明可能会使用爆炸物,把强大的能量冲击波送入线圈,产生出巨大的磁脉冲。这种巨大的爆发性的磁能只能释放一次,因为它很有可能把线圈破坏掉。所以,在粒子束下次经过之前必须快速更换磁体。)
建造这样一个原子击破器,除了有令人生畏的工程难题外,还有一个微妙的问题,也就是,粒子束的能量有没有极限。任何强大的粒子束最终都会撞上那些构成 2 1 7 度(K)背景辐射的光子,从而造成能量流失。从理论上来说,由于粒子束的这种能量流失,在外太空所能得到的能量最终会有一个事实上的上限。这个结论现在还没有得到实验证实。(事实上,有一些迹象表明,强大的宇宙射线影响超过了这一最大能量值,给全部这一计算打上了问号。)如果这一点是正确的,那么就要对这种装置进行代价更为高昂的修改。首先,要把整个粒子束封装在带有保护罩的真空管道中,把21 7度背景辐射挡在外面。或者,如果在遥远的未来能做一次试验的话,证明背景辐射实际上不大,因此无关紧要。
第七步:内爆机制
还可以想象第二种装置,它以激光束和一种内爆机制为基础。在自然界中,巨大的温度和压力是通过内爆方式获得的,也就是,垂死的恒星在引力作用下突然坍塌。这是可能的,因为引力只向内吸,不向外推,因此坍塌的过程是均匀的,最终把恒星均匀地压缩成难以置信的密度。
这种内爆方式在地球上是非常难以再现的。例如,氢弹必须设计得像一块瑞士手表,这样才能把氢弹中的活性组分氘化锂压缩到几千万度,达到劳逊(Lawson)标准,引发聚变过程。(其做法是,引爆氘化锂旁边的原子弹,然后把 X 光辐射均匀地聚集在一块氘化锂的表面。)然而这个工艺只能以爆发形式释放能量,而不能对其加以控制。
在地球上,利用磁作用力压缩富氢气体的尝试失败了,主要是因为磁作用力不能均匀地压缩气体。由于我们还从来没有在自然界看到单磁极子,磁场都是像地球磁场那样,是偶极的,所以它们是惊人地不均匀。要用它们来挤压气体,就如同想要挤压气球一般。只要我们挤压一头,另一头就鼓起来。
另一种控制聚变的方法,有可能是利用一组激光束,把它们排列在一个球面上,这样,激光束放射状地发射到位于中心的氘化锂小球上。例如,在利弗莫尔(Livermore)国家实验室有一个用于模拟核武器的强大的激光/聚变装置。它沿着一个管道平射出一系列的激光束。然后,设在管道尾端的反射镜精密地反射每个光束,把它们呈放射状地指向一个微小的球体。小球体的表面立即蒸发,使它发生内爆,产生巨大的温度。以这种方式,聚变实际是在小球体内部发生的(只是,机器消耗的能量比它创造出来的还要大,因此不具备商业价值)。
同样,我们可以想象Ⅲ类文明会在多个恒星系统中的小行星和卫星上建造大型激光光束库。然后把这些激光组合同时发射,释放出一系列强大的光束,聚集于一个点上,创造出使空间和时间变得不稳定的温度。
原则上来说,人可以在激光束上加载的能量是没有理论极限的。然而,要创造出极高强度的激光存在着一些操作困难。其中一个主要问题是激光材料的稳定性,它经常会过热,在高能量的时候破裂。(这可以补救,可以用像核引爆那样的一次性爆炸方式驱动激光束。)
发射这种球面激光集束(spherical bank of laser beams)的目的是加热一个舱室,在里面建立一个假真空,或产生内爆并压缩一组板,通过卡西米尔(Casimir)效应创造负能量。要建造这样一个负能量装置,需要压缩一套安排在10-33厘米普朗克距离之内的球形板(spherical plates)。由于原子之间隔开的距离为10-8厘米,在核子之内隔开质子和中子的距离是 10-13 厘米,可以看出,这些板压缩得非常厉害。由于在激光束上可以聚集的总瓦数本质上是无限的,那么主要的问题就是建造合适的装置,它要具备足够的稳定性,抵御得住这种巨大的挤压。(由于卡西米尔效应在板之间产生净吸引,我们还需要在板上加上电荷,以免它们坍塌。)从原则上来说,球形壳中会形成一个虫洞,它把一个年轻得多、热得多的宇宙与我们垂死的宇宙连接在一起。
第八步:卷曲引擎
要组建上面描述的那些装置,一个关键要素,是要有能力进行穿越广大恒星际的旅行。要实现这个目的,一种可能性就是使用阿库别瑞(Alcubierre)卷曲引擎机,它是 1994 年由物理学家米盖尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)首先提出的。卷曲引擎机不是通过在空间中打一个洞,而是改变它的布局,然后跳进超空间。它只使你面前的空间收缩,同时把你背后的空间扩大。想象穿过一块地毯走向桌子的情形。如果不从地毯上走过去的话,我们还可以把地毯在我们面前卷起来,一点一点地把桌子拽到我们面前来。这样,我们自己基本没动地方,但我们面前的空间缩短了。
我们知道,空间本身扩展的速度比光速还要快(因为扩展中的空无一物的空间没有传送过来任何净信息)。与此同理,通过使空间收缩的方法以比光速更快的速度旅行应该是有可能的。从效果上来看,当我们向邻近的恒星旅行的时候,我们可能基本不用离开地球;我们只须使我们面前的空间收缩,并使我们身后的空间扩大就行了。要去离我们最近的恒星半人马阿尔法星,我们不是旅行到那里,而是使它来到我们面前。
阿库别瑞证实,这是爱因斯坦方程的一个可行的解,也就是说,它在物理定律允许的范围内。但这不是无偿的。我们必须能够运用大量的负能量和正能量来驱动恒星际飞船。(可以用正能量来压缩你面前的空间,用负能量来延长你身后的空间。)要用卡西米尔效应来生产这种负能量,板之间必须隔着普朗克距离,即 10-33 厘米,这通过一般手段是无法达到的。要建造这样一艘恒星际飞船,需要建造一个大的球体,把乘员放在里面。在这个大泡泡的边壁上,沿着它的中纬线可以安排一圈负能源。大泡泡中的乘员实际上始终没有动地方,但泡泡面前的空间会以超光速收缩,所以,当乘员从泡泡中出来的时候,他们已经到达了邻近的恒星。
阿库别瑞在他原来的文章中提到,他的这一办法不仅可以把我们带到其他恒星,它还有可能在时间中旅行。两年以后,物理学家阿兰·E 1 埃弗利特(Allen E 1 Everett)证明,如果有两个这样的星际飞船的话,通过连续应用卷曲引擎就有可能实现时间旅行。正如普林斯顿大学物理学家戈特(Gott)所说:“如果是这样的话,那么《星际迷航》的创作者吉恩·罗登巴里(Gene Roddenberry)写了那么多有关时间旅行的章节看起来的确没有错!”
但是,后来俄罗斯物理学家谢尔盖·克拉斯尼科夫(Sergei Krasnikov)所做的分析提示出,这个方法中有一个技术缺陷。他提出,星际飞船的内部与飞船外的空间是断开的,所以信息无法穿越这之间的界限,即,一旦到了飞船里面,你就无法改变星际飞船的航向。它的航向必须在出发之前规定好。这是令人失望的。换句话说,你绝对不可能转动方向盘,把航向定到最近的恒星。但这并不意味着,这么一艘理论上的星际飞船会变为像一条通往恒星的铁路,也就是一个恒星际系统,星际飞船按照固定间隔出发。例如,所建造的这条“铁路”可以先用亚光速的常规火箭在恒星之间的固定间隔上建立铁路站点,然后恒星际飞船根据时间表以超光速在这些站点之间往返,出发和抵达的时间都是固定的。
戈特(Gott)写道:“未来的超级文明完全有可能像在恒星之间建立虫洞连接那样,在恒星之间铺设卷曲动力通道,让星际飞船通行。卷曲动力通道网络也许会比虫洞网络更容易建造,因为卷曲动力只需要把现有空间做一些改动,而不是建立新的洞来连接遥远的区域。”
但是,正是由于这种星际飞船必须在现有宇宙中航行,所以不能用它来离开宇宙。不过阿库别瑞引擎有可能帮助建造一个逃离宇宙的装置。比如,这种星际飞船可以在创造戈特所提到的那些碰撞中的宇宙弦的过程中派上用场,它可以把先进文明带回自己的过去,带回宇宙还远比当前温暖的时代。第九步:利用来自压缩态的负能量
在第 5 章中,我提到,激光束可以创造出“压缩态”,这可以用来产生负物质,负物质又可以用来开启或稳定虫洞。当一个强大的激光脉冲打到一个特殊光学材料上时,它会在它的尾迹中产生出一对对的光子。这些光子轮番加强和抑制真空中的量子涨落,释放出正的和负的能量脉冲。这两种能量脉冲的总和平均下来,永远都是正能量,这样我们就不会违反已知的物理定律。
1978 年,塔夫斯大学物理学家劳伦斯·福特(Lawrence Ford)证实了这种负能量必然遵循的三项法则,从那以后,它们就成了大力研究的课题。首先,福特发现脉冲中负能量的总量与它的空间和时间范围成反比,即,负能量脉冲越强,它的续存期限就越短。所以,如果我们用激光器制造出一阵强大的负能量来打开虫洞,它只能存在极短的一段时间。第二,负能量后面永远跟着一个更大力度的正能量脉冲(所以它们的总和保持为正的)。第三,这两个脉冲之间的时间间隔越长,正脉冲必然会更大。
在这些普通法则之下,人们可以量化测定激光或卡西米尔板产生负能量所需要的条件。首先,可以尝试向一个盒子内照射激光束,由一个快门在负脉冲进来之后立刻关闭,把负能量脉冲和尾随而来的正能量脉冲分开。这样,只让负能量进入盒子。这种方法原则上可以获得巨量的负能量,尾随着更大的正能量脉冲(被快门挡在盒子之外)。两个脉冲之间的间隔会相当长,正脉冲的能量有多大,间隔就会有多长。从理论上来讲,这看来是个理想的为时间机器或虫洞生产无限量的负能量的办法。
不幸的是,这里有个问题。每次关闭快门都会在盒子里面产生出第二个正能量脉冲。除非采取非常谨慎的措施,否则负能量就会被消除掉。这一技术壮举还要留给先进文明来解决——把强大的负能量脉冲与尾随其后的正能量脉冲断开,而不产生第二个脉冲把负能量抵消。
这三项法则可以应用到卡西米尔效应。如果我们建立一个1米大小的虫洞,我们必须把负能量集中在一个小于 10-22 米的频带(band)中(质子的百万分之一大)。这也只有极为先进的文明才能有能力创造出必要的技术,在难以置信的微小距离上,或在难以置信的微小时间间隔上进行操作。
第十步:等待量子跃迁
我们在上一章已经看到,智慧生命在宇宙逐渐变冷的时候,可能不得不放慢思维速度,并长时期蛰伏。这一放缓思维速度的过程可能会持续几万亿个几万亿年,长到足以发生量子事件。一般情况下,我们可以排除在建立泡泡宇宙的同时跃迁到其他量子宇宙的想法,因为它只能是极为罕见的事件。然而,在第五阶段,智慧生命的思维可能变得非常之慢,以至于量子事件相对变为寻常事件。在他们的“主观时间”里,他们的思维速度可能在他们看来是完全正常的,哪怕实际的时间尺度已经变得如此之长,连量子事件也变成正常现象了。
如果是这样的话,这种生命体只须等待虫洞出现和量子跃迁发生,这样就可以逃入另一个宇宙。(虽然这些生命体有可能像家常便饭般地经常看到量子跃迁,但有一个问题是,这些量子事件是完全不可预知的;如果不能准确地知道出入口何时打开,通往何处,要想迁移到另一个宇宙就很困难。这些生命体也许不得不在虫洞打开的时候,抓住机会离开这个宇宙,来不及充分分析这个虫洞的种种性状。)
第十一步:最后的希望
现在,让我们假设,未来对虫洞和黑洞要做的实验都面临一个看来无法逾越的难题,那就是,稳定的虫洞只存在于显微尺寸至亚原子尺寸之间。假设实际的穿越虫洞之旅对我们的身体造成的压力,即使我们身处带保护的乘具中也无法接受。高强度的潮汐作用、辐射场、迎面掉落的碎块等等,任何几样这类挑战都会置人于死地。如果确实是这样的话,我们这一宇宙中的未来智慧生命可能就只剩下最后一项选择了:向新的宇宙中注入足够的信息,从而在虫洞的另一边再造我们的文明。
在自然界中,当生命机体面临敌对环境,它们有时会产生出绝妙的生存方法。有些哺乳动物会冬眠。有些鱼类和蛙类在体液中循环着像是可以防冻的化学物质,使它们可以被冻结,但仍然活着。菌类通过变为孢子而避免灭绝。同样,人类可能也要找到办法,改变我们的物理实体,以便活着进入另一个宇宙。
我们知道,橡树会向四面八方散布微小的种子。这些种子是这样的:(a)既小又韧又紧凑;(b)它们包含了整棵树的DNA信息;(c)它们的构造适于传播到离开母树一段距离的地方;(d)它们包含了足够的营养,可以在遥远的地方开始再生;(e)它们从土壤中吸取养分和能量,在新的地方生根存活。与此类似,一个文明也可以效法自然,利用自现在起几十亿年以后所具备的最先进的纳米技术把所有这些重要的性状复制下来,把它作为“种子”通过虫洞送出去。
正如斯蒂芬·霍金说过的,“看起来……量子理论是允许在微观层面上进行时间旅行的。”如果霍金的说法正确,那么先进文明的成员就可能决定改变他们的物理结构,把碳与硅融合,把意识降解为纯信息,使它成为某种可以在艰难的时间倒转的旅程中活下来,或进入另一个宇宙的东西。说到底,我们这种以碳为基础的身体也许确实太脆弱了,无法承受这种强度的旅程所带来的艰难困苦。在遥远的未来,我们可能会有能力利用先进的DNA工程、纳米技术和机器人技术,把我们的意识与我们创造的机器人结合起来。以今天的标准来看,这听起来可能离奇,但是几百万年乃至几十亿年以后的未来文明也可能发现它是唯一的一条生路。
他们也许需要把他们的大脑和个性直接融入机器中。这可以通过几种办法来做。可以编制能够复制我们所有思维过程的精密复杂的软件程序,使它具备与我们完全一样的个性。更大胆的做法,是卡内基梅隆研究所(Carnegie 2 Mellon Institute)的汉斯·莫拉维克(Hans Moravec)提出的计划。他声称,在遥远的未来,我们也许会有能力把我们的大脑结构,逐个神经元地复制到硅晶体上去。我们大脑中的每个神经连接都被一个相应的晶体取代,在机器人体内再现神经元的功能。[23]
由于潮汐作用和辐射场有可能非常强烈,所以未来的文明只能携带绝对最少的燃料、防护罩和养分,以便在虫洞的另一边再造我们的种群。利用纳米技术,有可能在一个最宽不超过一个细胞的装置中把微型链条送过虫洞。
如果虫洞非常小,以原子的大小计,则科学家将不得不发送以单个原子做成的大纳米管,其中蕴涵了大量信息,足以在虫洞的另一边再造整个种群。如果虫洞只有亚原子粒子那么大,科学家可能要设法把核子送过虫洞,在另一边捕获电子,把自己再造成原子和分子。如果虫洞比这还小,也许可以利用小波长的X射线或伽马射线做成的激光束把复杂的信息通过虫洞送出去,向另一边发出如何再造文明的指示。
这种信息传递的目的,是在虫洞的另一端建造一个微型的“纳米机器人”,它的任务是找到合适的环境再造我们的文明。由于它是在原子规模上建造的,就不需要巨大的助推火箭或大量的燃料来寻找合适的行星。事实上,它也可能轻而易举地达到光速,因为利用电场很容易把亚原子粒子推进到接近光速。而且它也不需要生命维持系统或其他粗笨的硬件,因为纳米机器人主要装着再造种族所需的纯信息。
一旦纳米机器人找到了新的行星,就可以把它设计成能够建立大型工厂,利用新行星上已有的原材料复制自己,开始建造一个大型的克隆实验室。所需的DNA序列可以在这个实验室中生产,然后注入细胞中,开始再造全部有机体乃至全部种群的过程。这些实验室中的细胞然后直接被培养成成年个体,并把原来那个人的记忆和个性放置到它的大脑中。
从某种意义上来说,这一过程如同把我们的 DNA(即Ⅲ类文明或更高文明的全部信息量)注入一个“卵细胞”,它承载着能够在另一头再造一个胚胎的基因指令。这个“受精卵”紧凑坚韧又轻便,同时还装有可供再造一个Ⅲ类文明的全部信息。标准的人类细胞只含有30 000个基因,排列在30亿个DNA碱基对上,但这么简洁的一条信息,利用精子外面的资源(例如由母体提供的养分)就足以再造整个一个人。同样,“宇宙卵”也可以由再造一个先进文明所需要的全部信息构成,然后利用另一端的资源(原材料、溶液、金属等)把这个先进文明再造出来。这样,一个像Ⅲ Q类的先进文明就可以利用他们令人惊叹的技术把足够的信息(大约 1024 比特的信息)从虫洞送出去,在另一面再造他们的文明。
我要强调的是,我所提到的这一过程中的每一步都远远超出了今天的技术能力,给人的感觉肯定是像在读科幻小说。但是在几百万年以后的未来,对于一个面临灭绝的Ⅲ Q类文明来说,这可能是唯一可能的自救途径。肯定的是,物理法则或生物学中没有一条会妨碍这种结局的出现。我要说的是,虽然我们的宇宙最终会死去,但它未必意味着智慧生命也随着死去。当然,如果有可能获得把智慧生命从一个宇宙传递到另一个宇宙的能力,那么,其他宇宙中的生命形式在面临它们自己的大冻结时,也同样可能试图打洞逃入我们这个宇宙中某些较温暖、更适合居住的遥远区域。
换句话说,统一场理论不是一种精巧的但是无用的奇思妙想,它有可能最终提供出一张蓝图,使得宇宙中的智慧生命得以延续。