我们可以将水星摧毁,用来建造包裹太阳的戴森球吗?

先平静下来,看我从科学的角度来分析这个问题。

其实我跟大家一样,几年前也是很不理解这个所谓的“戴森球”,觉得它疯言疯语,荒诞不经,没准又是国外的哪个“民科”瞎扯的东西,一不小心被捧红了。

(理想化的“戴森球”剖视图,它的半径为太阳到地球的距离)

  • 戴森是何许人也?

事实上,“戴森球”的概念最早出现在著名的《科学》杂志上,并且它的作者弗里曼·戴森也不是什么民科,他是一位非常有名的数学家和物理学家(只是大家认识的明星太多,却难得叫出来几位数学家的名字)!

弗里曼·戴森1923年生于英国,1947年他作为英联邦研究员移居美国,1949年戴森在他的论文中以其他物理学家能够理解的方式解释了费曼的“量子场理论”,他说费曼图不仅仅是一种计算工具,而是一种物理理论。戴森为费曼图制定了规则,彻底解决了重整化的问题。为此奥本海默推荐戴森为高级研究院终身研究员,因为“他证明我错了”。

(费曼图是描述亚原子粒子行为的数学表达式的图形表示)

戴森在量子电动力学、固体物理学、天文学和核工程学等方面成就卓著,一生获科学大奖无数,唯独没得到过诺贝尔奖,为此诺贝尔物理学奖获得者史蒂芬·温伯格替戴森打抱不平,说诺贝尔委员会骗了戴森。但戴森自己却说“我认为如果你想获得诺贝尔奖,你应该有很长的关注时间,得抓住一些深刻而重要的问题,坚持十年。这不是我的风格。”

戴森一生在科学方面有诸多贡献,他不仅解释了量子场论,还以“圆形集合理论”、“随机矩阵理论”等闻名。

(2007年,在美国高等研究院任教的戴森)

但是,普通人只记得他的“戴森球”。

  • 戴森球

戴森球是什么?它是戴森1960年提出来的一个科学假说。戴森在他的原始论文中,他推测足够先进的外星文明可能会遵循与人类相似的耗电模式,这样他们就需要消耗相当多的电力。为了达到所谓的“II类文明”(恒星文明),他们将利用其行星母星的总能量(比方说人类利用太阳的总能量),这样他们就需要建造一个能量收集器,将恒星包裹起来。这个收集器就是“戴森球”。

(一个想象中的“戴森球”)

这种收集器系统的存在会改变恒星发出的光谱,因为它会吸收并重新辐射恒星的能量。就像是你用一个灯罩罩住了灯光,灯罩就会因为吸收了灯光而对外辐射能量,它会发热。

(灯罩因为吸收了光而辐射红外能量)

收集器发射的辐射波长将由构成它们的物质的发射光谱和收集器的温度决定。因为这些收集器不是由恒星里的氢或氦元素建造的,它更有可能是某些更重的元素,所以它的光谱与恒星发出的光谱会不同。如果“戴森球”真的存在,那么我们通过检测宇宙中这种独特光谱的恒星,就有可能发现达到“II类文明”的外星生命。

现在你应该可以理解戴森的意思了吧?

他的想法是:如果宇宙中真的有比我们高得多的“II类文明”,他们就需要用到非常多的电,如果他们把整个恒星都罩起来收集能源,这个罩子会发出与恒星不一样的光谱,我们找到了这种不一样的光谱,就找到了“戴森球”,也就等于确定了外星人的位置!

(通过寻找“戴森球”确定外星文明的位置)

  • 宇宙中真的有戴森球吗?

我们现在还不知道宇宙中是否真的存在“戴森球”,目前可以肯定的是,弗里曼·戴森所提出的这个理论属于“思想实验”的范畴。

什么是思想实验?类似于“薛定谔的猫”就是一种极其著名的思想实验:一个密封盒子里有一只猫,它有可能活着或者死了,或者同时有活着和死亡两种状态,你如果观察它,它有可能会被毒死,所以你看到的状态可能不是它之前的状态。(我已经尽力解释了,你不明白我也没办法)这种情形通常会在量子世界中存在,但它是一种悖论,你可以假设这个东西,但你无法去实现它,也没有必要去实现它。

(“薛定谔的猫”与“戴森球”一样,都是一种思想实验,并非可以实现的东西)

所以,宇宙中并不一定有戴森球,它不过是一种找到外星文明的可能途径罢了。

  • 水星可以被用来造戴森球吗?

回到最初的问题:我们可以将水星粉碎,建造一个戴森球,把太阳包裹起来吗?

让我们来做一个计算:

水星的直径是:4878 千米,它的体积为6.083 × 10^10 立方千米。

水星轨道的半长轴是:57909050千米。

(水星)

地球轨道的半长轴是:149598023千米。

假设我们把水星敲碎,以地球的半长轴为半径造一个“戴森球”,把太阳包裹起来,这个球的表面积有多大呢?2.812 × 10^17平方千米。

以水星的体积,这个壳有多厚?约为0.22毫米,大约是一张纸的厚度。

假如我们只以水星的半长轴为半径造一个“戴森球”,把太阳包裹起来,这个球的表面积有多大呢?4.214 × 10^16平方千米。

以水星的体积,这个壳也只有1.44毫米,还没有硬币厚。

尽管水星由大约70%的各种金属和30%的硅酸盐材料组成,但要将它打造成如此巨大的薄壳结构,也势必因无法承受太阳引力的作用而发生坍塌。

(水星从太阳前方穿过时的照片,你可以看出水星有多么渺小)

现在你还认为拿水星来做“戴森球”靠谱吗?显然不靠谱。

科幻作家喜欢戴森球,因为它足够大胆,并且看起来更有力量感。但戴森本人是个科学家,他意识到了如此巨大的硬壳结构不现实,所以他在论文中将其形容为“小行星大小的空间栖息地的云”,戴森称之为“人造生物圈”,并且表示不希望人们用他的名字来命名“戴森球”。

可惜,再也没人理会他了。

谁叫戴森的名气大呢!