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如果发现是真的戴森球那是不是就证明真的无法造出可控核聚变?

2020-10-20知识

「发现真的戴森球」不会证明「无法造出可控核聚变」,而是证明「宇宙中存在一些卡尔达肖夫文明指数Ⅲ型文明,他们闲着没事干会造些奇迹来吓唬我们」,对应的是相当光明的宇宙图景:古老而恐怖之物对我们并无恶意。

提问者对「造出可控核聚变」的定义受到一些对世界的具体情况缺乏概念的人所传播的低质信息的干扰。二者的难度完全不在一个档次上,可控核聚变跟反射镜戴森云的差距起码是芝麻对西瓜,要去跟科幻作品里特有的封闭球壳戴森球比的话,根本就是「一条鼻涕虫朝中国陆军发起了冲锋」。

人类现在困扰的是「造不出能对外商业发电并盈利的可控核聚变反应堆」,而不是「造不出可控核聚变装置」。不供电的静电约束可控核聚变装置(Fusor)早已作为中子源商用,要供电的话热核武器锅炉不超过目前的技术水平,只是在国际法和必要性上存疑。

静电约束核聚变装置Fusor:

图片来自William Jack

制作方法不困难,只是需要一定的防护措施。

苏联的核爆锅炉示意图:

反应堆的问题主要在于,目前地球上没有能承受聚变等离子体高温的材料,为了不让聚变等离子体炸毁反应堆,需要强磁场来控制高度不稳定的聚变等离子体,或者在较大的燃烧室内间歇性起爆少量核燃料。

  • 对前者来说,为了不突破磁场的约束,现在不能大幅提升聚变等离子体的密度,聚变放出的热还无法自我维持。
  • 对后者来说,起爆核燃料使用的激光或相对论性电子束的能量并不能足够高效地传递给核燃料,少量核燃料释放的能量不及起爆消耗大,将核燃料加多则燃烧室也要加大,这样水多了加面、面多了加水,不如干脆用热核武器锅炉搞定算了。
  • 建造封闭球壳戴森球所需的材料性能,可以做成水车、将热核武器扔到上面起爆来驱动。可控核聚变是什么东西,可以吃么。

    日常在网络上所说的「戴森球」,是二十世纪民众和科幻作家对弗里曼·戴森在1959年发表于 science 的论文 Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation 中提出的卫星云的演绎与再创作:

  • 包围恒星的巨大球形结构,可以获取该恒星的大部分或全部辐射输出,来为建造它的社会或生物圈提供能量。
  • 上述论文参照人类文明最近数百年的发展,提出长期生存的技术文明对能量和居住空间的需求会不断增长,将促使他们围绕恒星修建若干光能收集器或独立环绕恒星轨道的卫星云,接收恒星的全部辐射。戴森计算出不锈钢就可以支持10万倍地球表面积的巨大刚性体,建造途中和建造完成的卫星云会对恒星系统的外观产生重大的影响。其目的不是建议人类动手建造这种东西,而是说「如果在天文观测中发现具有恒星级输出的红外线源,可以视为先进外星文明的活动迹象」。

    尽管戴森反复强调 一个围绕恒星的球壳或环从物理上来说是不可行的 ,大众仍然将其解读为封闭球壳式的「戴森球」或「戴森壳」,并在二次设定中往戴森球上添加居住区、工业基地等。

    戴森球极其糟糕的力学状况、材料来源等问题让它非常不现实,而且它的问题不止是技术问题。

    最大的难题是,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.戴森球材料性能问题

    围绕恒星建造连接在一起的球壳会造成巨大的内部应力,对材料提出突破天际的强度要求,现在人类知道的一切材料都会被摧毁。戴森本人设想的是彼此分开的许多太空建筑组成的戴森云或曰戴森网,而不是接在一起的戴森球。

    这不完全是个技术问题。如果这材料能够存在,其性能会是压倒性恐怖的,会提出为什么你不把它做成导热棒捅到恒星里去接热机的问题。

    2.戴森球材料来源问题

    对于一个不掌握第一类永动机的建造者来说,戴森球的材料并不能从虚空中变出来,而只能是从恒星附近或更远的地方存在的普通物质改装来的——将行星拆解并改造为具有不可思议的性能的超级物质、搬运到建设位置上。

    这也不完全是个技术问题。执行上述操作需要的能量是非常庞大的,会提出你都有这么多能量了还要戴森球干什么的问题;搬运这么多材料需要的星际飞船的数量、性能、维护压力等等也是很可怕的,会提出人为什么不直接住在飞船上、让飞船环绕恒星接收能量的问题。这些问题和导热棒的问题可以归结为: 戴森球脱裤子放屁问题

    3.戴森球不稳定问题

    戴森球的形变或微小偏斜导致任何部位稍微靠近或远离恒星时,都会打破稳态而让它进一步撞向恒星。这是戴森球和环形世界共享的问题。由于热胀冷缩、小天体碰撞、恒星本身的活动等各种扰动,戴森球非常容易撞向恒星,而且从开始加速到撞击只需要几年时间。对它进行持续的监视和调控是极度繁琐而困难的。

    这是个技术问题,但显而易见的是,戴森网/戴森云的这方面问题小很多,对实践来说这个问题可能根本不用考虑。

    4.戴森球转动能量问题

    如果戴森球用正常的轨道速度围绕恒星转动,系统的转动能量将极其巨大,让建造它的效率变得极端傻缺。那么,不转呢?你从同一个恒星系里搞来的材料要从在自然地公转变为不转,并在变成不转之后逆喷射来防止掉进恒星,能量一样很夸张。你都有这些能量了,造戴森球干什么呢。

    这问题和不稳定问题的情况类似。

    5.戴森球给谁用问题

    戴森提出这个设想的时候,考虑了人类人口一直增长、需要开拓生存空间,并推广到地外生命也可能有这样的需求、进而建造太空巨型结构。

    按照联合国估计,人类的人口并不会一直保持最近二百年里的增长趋势,而可能在2100年前后稳定在约90亿~110亿。那样人类到底会不会需要戴森球/戴森云?其它生命又会不会需要戴森球/戴森云?

    这问题是另一个层面上的技术问题: 人类社会要何去何从?

    以下引用自【巫师、外星人和星舰:科幻与奇幻中的物理数学】:

    至于过去十几年里人们谈到的对巨型构造物进行伪装、隐蔽之类,在现实中并不重要。如果你有这方面的特殊爱好,戴森-哈罗普太阳风卫星 [1] 之类设计可以用简单的技术实现低可见性的巨型太空发电构造。

    对于戴森云,一个常见的误解是让文明社会居住在扁扁的戴森云组件的内表面,然后觉得非常难配置居住区、可能只适合意识上传到机器的文明。

    一般来说,血肉之躯的文明的初等太空居住建筑更适合选择经典的奥尼尔圆柱,它们可以被配置在戴森云之中、从周围的组件处获取无线传输的电力,在其他组件遮挡了阳光的情况下可以顺便省掉圆柱体上原本设计的镜面与大窗。

    如果人类要动手建造水星反射镜戴森云之类,根本不需要可控核聚变参与。可以参照:

    参考

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