[科普中國(guó)]-戴森去世，他提出的“戴森球”究竟存在嗎？

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美國(guó)普林斯頓高等研究院的物理學(xué)家弗里曼·戴森(Dyson, Freeman J.)于2020年2月28日因突發(fā)疾病去世，享年96歲，引起國(guó)內(nèi)外媒體關(guān)注。

作為一名物理學(xué)家，他說自己只想尋找能解決的有趣謎題

戴森老先生的研究領(lǐng)域廣泛，從基本粒子物理學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)理論、核物理到數(shù)學(xué)、生命起源、星際旅行、全球氣候變化和科幻創(chuàng)作等。他曾經(jīng)和上個(gè)世紀(jì)出現(xiàn)的許多著名物理學(xué)家一起工作過，也是楊振寧先生的同事和朋友。他在物理學(xué)領(lǐng)域的造詣深厚，于1953年獲得普林斯頓高等研究院永久職位，足以說明他的學(xué)術(shù)水平。他謙虛低調(diào)，曾經(jīng)說過，他喜歡尋找謎題，找那些能解決的有趣問題，不在乎他們是否重要，而絕對(duì)不會(huì)沉迷于解決那些大謎題。

在戴森去世后第二天(2020年2月29日) ，著名數(shù)學(xué)家丘成桐就緬懷戴森評(píng)價(jià)說，戴森可以說是二十世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家，他在數(shù)學(xué)上的重要影響有兩個(gè)方向，一個(gè)方向是通過 Exclusion Principle（不相容原理）來(lái)解釋物質(zhì)穩(wěn)定性的問題；另一方面他在原子譜上問題的猜測(cè)引發(fā)了一連串的 Random Matrix（隨機(jī)矩陣）理論上的重要發(fā)展。 他在普林斯敦高等硏究所做教授時(shí)跟戴森認(rèn)識(shí)，戴森見識(shí)超凡，但卻是平易近人。在戴森九十多歲的時(shí)候，依然對(duì)物理和數(shù)學(xué)還有欣賞能力。他很佩服戴森。

但他提出的這個(gè)問題，至今沒有答案

其實(shí)，他并不是沒有探索過大謎題，比如他提出的戴森球(Dyson Sphere)設(shè)想，至今令地外文明研究者著迷。

戴森球的概念可不是戴森的科幻小說或者文學(xué)作品，而是源自他建立的思想實(shí)驗(yàn)，即1960年發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文“搜尋人工恒星紅外輻射源（Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation）”。

圖片來(lái)源：《科學(xué)》

戴森在文章認(rèn)為，宇宙中任何技術(shù)文明對(duì)能量的需求都是穩(wěn)定增長(zhǎng)的，如果這些文明能夠生存延續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，總有一天對(duì)能量的需求會(huì)膨脹到要完全依賴其母恒星“全部”的能量輸出。此時(shí)如果這個(gè)文明達(dá)到了很高的技術(shù)水平，那就有必要建立能夠攔截和收集母恒星發(fā)出的所有能量的軌道結(jié)構(gòu)，即戴森球(Dyson Sphere)（如上圖）。

戴森球的存在會(huì)吸收和再輻射其所包圍的母恒星的輻射能量。根據(jù)量子物理，戴森球再輻射出的能量的波長(zhǎng)取決于其溫度及其物質(zhì)組成。戴森球最有可能由重元素制造而成，因此它可能會(huì)引起紅外波段的光譜輻射量的增加。估算可知，如果其紅外輻射能量增加非常顯著，就可以在星際距離上探測(cè)到。

上個(gè)世紀(jì)，天文學(xué)家就曾通過紅外天文衛(wèi)星（Infrared Astronomical Satellite，IRAS）試圖分析恒星光譜數(shù)據(jù)尋找過這樣的戴森球結(jié)構(gòu)。我們期待著新一代紅外天文望遠(yuǎn)鏡能夠通過恒星的光譜數(shù)據(jù)繼續(xù)搜尋戴森球，已盡IRAS紅外天文衛(wèi)星未能完成的任務(wù)。

圖片來(lái)源：IRAS

1964年，蘇聯(lián)天體物理學(xué)卡爾達(dá)肖夫（Kardashev，1932.04.25－2019.08.03)提出一種判定文明量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，用宇宙中一個(gè)文明所能夠利用的能源量級(jí)來(lái)量度文明層次及技術(shù)先進(jìn)程度。按照這一標(biāo)準(zhǔn)，文明可以被分成三個(gè)量級(jí)：I型（1017 W）、II型（1026 W）和III型（1036 W）。I型文明使用在它所居住行星所有可用的能量，II型文明利用它所居住行星所圍繞的恒星所有的能量，III型文明則利用它所處星系的所有能量。

一般認(rèn)為，我們地球上的人類文明現(xiàn)在接近但尚未達(dá)到I型文明。小說作者、世界一流的天文學(xué)家和科學(xué)活動(dòng)家卡爾·薩根（Carl Sagan）認(rèn)為我們的地球文明大約是0.7型。日裔美國(guó)籍理論物理學(xué)家、科普家，紐約市立大學(xué)的理論物理學(xué)教授加來(lái)道雄（Michio Kaku；1947.01.24－）認(rèn)為我們地球人類可能在100-200年左右達(dá)到I型，在幾千年后達(dá)到II型，而約在10萬(wàn)-100萬(wàn)年后達(dá)到III型文明。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，外星文明要建造戴森球這樣系統(tǒng)意味著至少已經(jīng)到達(dá)II型文明。

2017年，一顆名為KIC 8462852的恒星曾經(jīng)得到很多人的關(guān)注，主要是因?yàn)樘煳膶W(xué)家Boyajian等人在2016年發(fā)表文章稱，發(fā)現(xiàn)了一顆具有異常行星凌星現(xiàn)象的恒星KIC 8462852。因?yàn)檫@種異常的行星凌星現(xiàn)象，有人認(rèn)為，可能是外星人包圍這顆星建造了戴森球(Dyson Sphere)（詳見科普文章：外星人包圍KIC 8462852星建造了戴森球了嗎? http://www.kepu.net.cn/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_2017/201706/t20170601_470427.html）。其實(shí)，根據(jù)科學(xué)地估算，外星人在KIC 8462852星周圍建造了戴森球的可能性極小。

卡爾·薩根有一句名言，也是科幻電影《Contact-超時(shí)空接觸》的結(jié)束語(yǔ): "if humans were the only life in the universe it would 'be a terrible waste of space'."如果宇宙中存在的生物只有人類，那將是對(duì)空間的極大浪費(fèi)?！?/p>

其實(shí)，對(duì)地外文明是否存在的疑問存在于我們每個(gè)人的心中，對(duì)可能存在的地外生命的尋找更是從未停止，我們期待答案揭曉的那天早日到來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張同杰 外星人包圍KIC 8462852星建造了戴森球(Dyson Sphere)了嗎?

[2]Boyajian, T. S., LaCourse, D. M., Rappaport, S. A., et al. 2016, MNRAS, 457, 3988

[3]Dyson, Freeman J., Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation, Science, Volume 131, Issue 3414, pp. 1667-1668(1960)

[4]Kardashev, Nikolai. "On the Inevitability and the Possible Structures of Supercivilizations", The search for extraterrestrial life: Recent developments; Proceedings of the Symposium, Boston, MA, June 18–21, 1984 (A86-38126 17-88). Dordrecht, D. Reidel Publishing Co., 1985, p. 497–504.