技术的宇宙黎明

地球很可能是一个技术文明团体的迟到者

宇宙学角度来看,我们是后来者。第一批恒星早在宇宙大爆炸后十亿分之一年就形成了。太阳在91亿年后形成,仅仅在46亿年前,当时宇宙已经成熟到目前年龄的三分之二。太阳的晚诞生标志着宇宙恒星形成历史的尾声。

目前,地球-太阳系统是一种常见的现象。根据从开普勒太空望远镜数据中编纂的行星候选目录,我们知道大约一半的类太阳恒星在其宜居带内拥有一个地球大小的行星。这些行星可能在其表面容纳液态水池,并展现生命的化学特性。如果早期宇宙时代形成的恒星附近也是如此,那么生命可能在太阳诞生之前很久就已在我们的宇宙中开始。因此,第一批技术文明可能在数十亿年前就已出现。考虑到我们的技术以几年为时间尺度呈指数级发展,数十亿年的技术发展可能产生的信号是难以想象的。

即使像我们的银河系这样的大星系中只有一种像我们这样的物种,并且这个文明只发射一个世纪的信号——就像我们已经做的那样——在任何给定时间的天空中仍然应该有大约一百个活跃的文明。这是因为宇宙的可观测体积在大约100亿年的时间里包含大约100亿个这样的星系。我们能否探测到来自宇宙距离的人工源,并将它们与早期宇宙中的自然信号区分开来?


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一个独特的科技信号的例子将是一条光谱线,其具有令人费解的辐射频率,该频率与任何已知的原子或分子跃迁都不对应。如果这种信号来自遥远的星系,而该星系的红移是根据其恒星或星际气体发出的已识别的发射线或吸收线而知的,那么这种信号将显得很奇特。未识别的光谱线可以由可调谐激光器人为产生,例如我们的文明开发的自由电子激光器,以产生以单频率为中心的明亮发射,该频率范围可以从微波到太赫兹辐射,再到红外线、可见光、紫外线甚至X射线。

产生单频辐射的优势,如光谱线中所示,在于它可以聚焦到最大可能的水平,即所谓的衍射极限,从而为其功率产生最亮的光束。聚焦的激光束可以用于,例如,推动光帆达到高速,正如星际突破计划中所设想的那样。出于推进目的,激光的最佳频率取决于所需的终端速度和有效载荷的重量。例如,光-红外波段非常适合用轻型航天器达到光速,目标是星际旅行(例如,从太阳到半人马座α星),而无线电波段最适合用重型飞行器达到千分之一的光速,这仍然比化学火箭快10倍,用于行星际货物运输(例如,地球和火星之间)。

一个强大的发射设施的光泄漏,该设施利用一颗宜居地球大小的行星拦截的所有星光,并将其聚焦成衍射极限激光束,可以在整个宇宙中被探测到。由于光源相对于我们移动,光束将扫过我们的天空,并像灯塔发出的闪光一样出现。由此产生的光学闪光可以使用薇拉·C·鲁宾天文台的遗产巡天时域 (LSST)进行搜索,预计该天文台将于2023年末开始科学运行。

宇宙信号的令人困惑的背景将是我们通信卫星反射的阳光产生的瞬态闪光,在未来几年,这些卫星可能会增加到数万颗独立碎片组成的星座,布满我们的天空。我们自己制造的这种技术特征可能会损害我们搜索来自地球的宇宙闪光的能力。一个已知的宇宙距离短暂瞬变现象类别是快速射电暴,但根据一个已知的银河系源,这些被认为起源于高度磁化的中子星

尼古拉·卡尔达舍夫在1964年将一个仅收获其行星上可用能量的文明归类为I型。卡尔达舍夫等级上的II型和III型文明分别使用其行星系统和宿主星系可用的能量。这些高级类型已经受到现有数据的约束,因为它们更容易被注意到。但可能性的领域远远超出了卡尔达舍夫最初考虑的水平。原则上,可以想象假想的文明,它们收获其星系团或整个宇宙视界中可用的能量。当然,空间和时间并没有在我们望远镜的最远端结束。在我们的宇宙视界之外和大爆炸之前,可能性可能更加宏大。

找到技术宇宙黎明的证据将把我们自身的生存和愿望置于更广阔的背景中。如果我们首先看到更高级物种制造的探测器在我们的土地上旋转轮子,我们就没有必要自己发明轮子了。

目前,我们对宇宙中先于我们的技术的复杂程度一无所知。但有一件事是明确的。如果我们中的任何人破译了一种外星技术,这种技术相对于我们今天拥有的技术代表着一次量子飞跃,那么这个人将通过在地球上推销同样的想法而变得非常富有。在天空中挖掘新技术的“淘金热”机会为成为一名观测天文学家提供了经济激励。从长远来看,如果——正如我们许多人所预期的那样——我们不是“宇宙街区最聪明的孩子”,那么天文学可能会提供比硅谷或华尔街更富裕的前景。

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