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如果發現是真的戴森球那是不是就證明真的無法造出可控核融合?

2020-10-20知識

「發現真的戴森球」不會證明「無法造出可控核融合」,而是證明「宇宙中存在一些卡爾達肖夫文明指數Ⅲ型文明,他們閑著沒事幹會造些奇跡來嚇唬我們」,對應的是相當光明的宇宙圖景:古老而恐怖之物對我們並無惡意。

提問者對「造出可控核融合」的定義受到一些對世界的具體情況缺乏概念的人所傳播的低質資訊的幹擾。二者的難度完全不在一個檔次上,可控核融合跟反射鏡戴森雲的差距起碼是芝麻對西瓜,要去跟科幻作品裏特有的封閉球殼戴森球比的話,根本就是「一條鼻涕蟲朝中國陸軍發起了沖鋒」。

人類現在困擾的是「造不出能對外商業發電並盈利的可控核融合反應堆」,而不是「造不出可控核融合裝置」。不供電的靜電約束可控核融合裝置(Fusor)早已作為中子源商用,要供電的話熱核武器鍋爐不超過目前的技術水平,只是在國際法和必要性上存疑。

靜電約束核融合裝置Fusor:

圖片來自William Jack

制作方法不困難,只是需要一定的防護措施。

蘇聯的核爆鍋爐示意圖:

反應爐的問題主要在於,目前地球上沒有能承受融合電漿高溫的材料,為了不讓融合電漿炸毀反應爐,需要強磁場來控制高度不穩定的融合電漿,或者在較大的燃燒室內間歇性起爆少量核燃料。

  • 對前者來說,為了不突破磁場的約束,現在不能大幅提升融合電漿的密度,融合放出的熱還無法自我維持。
  • 對後者來說,起爆核燃料使用的雷射或相對論性電子束的能量並不能足夠高效地傳遞給核燃料,少量核燃料釋放的能量不及起爆消耗大,將核燃料加多則燃燒室也要加大,這樣水多了加面、面多了加水,不如幹脆用熱核武器鍋爐搞定算了。
  • 建造封閉球殼戴森球所需的材料效能,可以做成水車、將熱核武器扔到上面起爆來驅動。可控核融合是什麽東西,可以吃麽。

    日常在網路上所說的「戴森球」,是二十世紀民眾和科幻作家對弗裏曼·戴森在1959年發表於 science 的論文 Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation 中提出的衛星雲的演繹與再創作:

  • 包圍恒星的巨大球形結構,可以獲取該恒星的大部份或全部放射線輸出,來為建造它的社會或生物圈提供能量。
  • 上述論文參照人類文明最近數百年的發展,提出長期生存的技術文明對能量和居住空間的需求會不斷增長,將促使他們圍繞恒星修建若幹光能收集器或獨立環繞恒星軌域的衛星雲,接收恒星的全部放射線。戴森計算出不銹鋼就可以支持10萬倍地球表面積的巨大剛性體,建造途中和建造完成的衛星雲會對恒星系統的外觀產生重大的影響。其目的不是建議人類動手建造這種東西,而是說「如果在天文觀測中發現具有恒星級輸出的紅外線源,可以視為先進外星文明的活動跡象」。

    盡管戴森反復強調 一個圍繞恒星的球殼或環從物理上來說是不可行的 ,大眾仍然將其解讀為封閉球殼式的「戴森球」或「戴森殼」,並在二次設定中往戴森球上添加居住區、工業基地等。

    戴森球極其糟糕的力學狀況、材料來源等問題讓它非常不現實,而且它的問題不止是技術問題。

    最大的難題是,能建造戴森球的文明不需要它,需要戴森球的文明建造不了它。

    1.戴森球材料效能問題

    圍繞恒星建造連線在一起的球殼會造成巨大的內部應力,對材料提出突破天際的強度要求,現在人類知道的一切材料都會被摧毀。戴森本人設想的是彼此分開的許多太空建築組成的戴森雲或曰戴森網,而不是接在一起的戴森球。

    這不完全是個技術問題。如果這材料能夠存在,其效能會是壓倒性恐怖的,會提出為什麽你不把它做成導熱棒捅到恒星裏去接熱機的問題。

    2.戴森球材料來源問題

    對於一個不掌握第一類永動機的建造者來說,戴森球的材料並不能從虛空中變出來,而只能是從恒星附近或更遠的地方存在的普通物質改裝來的——將行星拆解並改造為具有不可思議的效能的超級物質、搬運到建設位置上。

    這也不完全是個技術問題。執行上述操作需要的能量是非常龐大的,會提出你都有這麽多能量了還要戴森球幹什麽的問題;搬運這麽多材料需要的星際飛船的數量、效能、維護壓力等等也是很可怕的,會提出人為什麽不直接住在飛船上、讓飛船環繞恒星接收能量的問題。這些問題和導熱棒的問題可以歸結為: 戴森球脫褲子放屁問題

    3.戴森球不穩定問題

    戴森球的形變或微小偏斜導致任何部位稍微靠近或遠離恒星時,都會打破穩態而讓它進一步撞向恒星。這是戴森球和環形世界共享的問題。由於熱脹冷縮、小天體碰撞、恒星本身的活動等各種擾動,戴森球非常容易撞向恒星,而且從開始加速到撞擊只需要幾年時間。對它進行持續的監視和調控是極度繁瑣而困難的。

    這是個技術問題,但顯而易見的是,戴森網/戴森雲的這方面問題小很多,對實踐來說這個問題可能根本不用考慮。

    4.戴森球轉動能量問題

    如果戴森球用正常的軌域速度圍繞恒星轉動,系統的轉動能量將極其巨大,讓建造它的效率變得極端傻缺。那麽,不轉呢?你從同一個恒星系裏搞來的材料要從在自然地公轉變為不轉,並在變成不轉之後逆噴射來防止掉進恒星,能量一樣很誇張。你都有這些能量了,造戴森球幹什麽呢。

    這問題和不穩定問題的情況類似。

    5.戴森球給誰用問題

    戴森提出這個設想的時候,考慮了人類人口一直增長、需要開拓生存空間,並推廣到地外生命也可能有這樣的需求、進而建造太空巨型結構。

    按照聯合國估計,人類的人口並不會一直保持最近二百年裏的增長趨勢,而可能在2100年前後穩定在約90億~110億。那樣人類到底會不會需要戴森球/戴森雲?其它生命又會不會需要戴森球/戴森雲?

    這問題是另一個層面上的技術問題: 人類社會要何去何從?

    以下參照自【巫師、外星人和星艦:科幻與奇幻中的物理數學】:

    至於過去十幾年裏人們談到的對巨型構造物進行偽裝、隱蔽之類,在現實中並不重要。如果你有這方面的特殊愛好,戴森-哈羅普太陽風衛星 [1] 之類設計可以用簡單的技術實作低可見性的巨型太空發電構造。

    對於戴森雲,一個常見的誤解是讓文明社會居住在扁扁的戴森雲元件的內表面,然後覺得非常難配置居住區、可能只適合意識上傳到機器的文明。

    一般來說,血肉之軀的文明的初等太空居住建築更適合選擇經典的奧尼爾圓柱,它們可以被配置在戴森雲之中、從周圍的元件處獲取無線傳輸的電力,在其他元件遮擋了陽光的情況下可以順便省掉圓柱體上原本設計的鏡面與大窗。

    如果人類要動手建造水星反射鏡戴森雲之類,根本不需要可控核融合參與。可以參照:

    參考

    1. ^ https://doi.org/10.1017/S1473550410000066