北京時(shí)間 3 月 14 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，小行星是否可能是形成行星等天體的原材料？如果可以的話(huà)，我們能否拆掉木星，用來(lái)建設(shè)新的家園？
早在 19 世紀(jì)，在對(duì)宇宙中存在生命的推測(cè)尚無(wú)證據(jù)的平靜日子里，蘇格蘭的“自然神學(xué)家”托馬斯?迪克就提出了一個(gè)著名的觀點(diǎn)，認(rèn)為我們的太陽(yáng)系可以孕育大約 22 萬(wàn)億個(gè)生命。這個(gè)數(shù)字聽(tīng)起來(lái)似乎很荒謬，但迪克并沒(méi)有完全脫離當(dāng)時(shí)的科學(xué)背景。認(rèn)為宇宙中某個(gè)地方必定存在豐富生命的想法是很合乎邏輯的，與此相反的說(shuō)法則認(rèn)為地球是特殊的，是獨(dú)一無(wú)二的，但這就與我們從哥白尼那里了解到的一切不大一致。這也與迪克的信仰不一致，他相信上帝是仁慈和慷慨的，忙于在宇宙中傳播其創(chuàng)造的事物。
即便在當(dāng)時(shí)，迪克對(duì)這些造物存在的思考也是很極端的。例如，他認(rèn)為土星環(huán)為生命提供了潛在的表面，而其他幾乎所有地方，從土星本身到木星、天王星、火星、金星等等，都可能存在生命（海王星當(dāng)時(shí)尚未被發(fā)現(xiàn)）。所有這些加起來(lái)，假設(shè)物種的密度與地球上人類(lèi)的密度相似，就可以得出一個(gè)大約 22 萬(wàn)億的數(shù)字。迪克甚至提到，如果太陽(yáng)也適合居住，其表面就能容納 30 多倍于此的生命。
今天我們知道，太陽(yáng)系里幾乎不存在如此數(shù)量的多細(xì)胞實(shí)體，更不用說(shuō)人類(lèi)了，而且我們對(duì)太陽(yáng)系中可能適合生命存在的區(qū)域已經(jīng)有了更多的了解。對(duì)于像木星和土星這樣的氣態(tài)巨行星，可以很容易排除其存在任何地表生物的可能性（盡管卡爾?薩根和埃德溫?薩爾皮特曾在 1976 年寫(xiě)過(guò)一篇偉大的科學(xué)論文，討論了在木星上存在大氣生物的可能性）。而且，對(duì)于幾乎任何有固體表面的地方 —— 無(wú)論是在火星上，還是在被挖空并利用起來(lái)的小行星上 —— 都需要進(jìn)行大量的環(huán)境工程，才能使像人類(lèi)這樣的生命生活得舒適一些。
因此，嘗試估計(jì)太陽(yáng)系能夠維持的最大人口容量，其實(shí)并不是一件很容易的事情。在 2005 年發(fā)表在《英國(guó)星際學(xué)會(huì)雜志》的一篇文章中，研究作者探究了太陽(yáng)系氮、磷等關(guān)鍵生物元素在可得性限制因素。如果這些元素（連同所有其他必要但更豐富的元素，比如碳和氧）可以很容易地從太陽(yáng)系中所有的碳質(zhì)小行星（數(shù)量可能超過(guò) 1 億）上獲取，僅此一項(xiàng)，就可以“增加”6000 倍的地球生物量 —— 地球上所有生物的總和。那么，假設(shè)這些生物量具有和地球一樣的生物與人類(lèi)之比，那么太陽(yáng)系就可以供養(yǎng)大約 50 萬(wàn)億人。如果能以某種方式獲取并利用小行星上所有對(duì)生物有用的物質(zhì)，這個(gè)數(shù)字還可以達(dá)到數(shù)千萬(wàn)億。
當(dāng)然，這些估計(jì)都建立在一種假設(shè)上，即存在某種將所有這些原材料轉(zhuǎn)化為生物的機(jī)制，并且有地方存放這些原材料。在這一背景下，還有一個(gè)隱含的假設(shè)是，存在支持所有這些生物質(zhì)的能量，即存在維持環(huán)境溫度和代謝過(guò)程的能量。這里所說(shuō)的“代謝過(guò)程”，指的是將能量和原料轉(zhuǎn)化為食物的光合作用或化學(xué)合成等過(guò)程。
在太陽(yáng)系中，最大的現(xiàn)成能量來(lái)源自然是太陽(yáng)本身。地球截獲了大約 173000 萬(wàn)億瓦的太陽(yáng)能（其中大約 30% 會(huì)在到達(dá)行星表面之前被反射回太空）。目前，人類(lèi)的總能源消耗僅為這個(gè)數(shù)字的萬(wàn)分之一，但與此同時(shí)，地球上許多其他生命也在利用太陽(yáng)能。目前，整個(gè)地球供養(yǎng)著大約 80 億人口，因此我們可以保守地假設(shè)，地球所截獲的全部太陽(yáng)能就是維持環(huán)境、生物圈和人類(lèi)生存所必需的能量總和。
幸運(yùn)的是，這 173000 萬(wàn)億瓦的能量?jī)H僅是太陽(yáng)向各個(gè)方向的電磁輸出總量的 100 億分之一。因此，如果一個(gè)地球可以維持 80 億人（鑒于人類(lèi)對(duì)地球的負(fù)面影響，這個(gè)數(shù)字可能不一定是保守的），那么太陽(yáng)系從太陽(yáng)所獲得的能量，原則上足以支持 100 億個(gè)這樣的世界，也就是 80 億人口的 100 億倍。
于是，這就有了可供 50 萬(wàn)億人使用的原材料，以及足夠 8000 萬(wàn)萬(wàn)億人使用的太陽(yáng)能。換言之，我們可能會(huì)在能源耗盡之前就將原材料耗盡。但更令人擔(dān)憂(yōu)的是，我們可能會(huì)耗盡所有這些可供人類(lèi)居住的物理環(huán)境。這個(gè)思維實(shí)驗(yàn)很自然地將我們引向了美國(guó)物理學(xué)家弗里曼?戴森在 1960 年發(fā)表的著名的一頁(yè)紙論文，他在論文中概述了所謂的“戴森球”的概念。
戴森球是一個(gè)環(huán)繞太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)（在戴森的最初構(gòu)想中，這一結(jié)構(gòu)的靈感來(lái)自于科幻小說(shuō)作家?jiàn)W拉夫?斯特普爾頓的《造星者》），以地球軌道為半徑。換句話(huà)說(shuō)，這個(gè)球體，或者說(shuō)集結(jié)在軌道上的結(jié)構(gòu)群（因?yàn)橐粋€(gè)固體的球形殼可能不大穩(wěn)定），將提供一個(gè)內(nèi)表面，其每單位面積接收到的太陽(yáng)能與地球目前接收到的總能量相匹配，從而形成一個(gè)潛在的宜居環(huán)境，其面積約為地球表面的 5.5 億倍（相當(dāng)于地球陸地表面積的近 20 億倍）。這種結(jié)構(gòu)的厚度可能達(dá)到數(shù)米，其建造材料全部來(lái)自于對(duì)木星物質(zhì)的重新利用；木星的質(zhì)量大約是地球的 317 倍。
然而，8000 萬(wàn)萬(wàn)億人生活在地球陸地面積近 20 億倍的地方，將會(huì)是什么樣的景象？換算一下，這個(gè)球體的平均人口密度約為每平方公里 290 人。這聽(tīng)起來(lái)似乎還不算太糟，畢竟菲律賓馬尼拉的平均人口密度達(dá)到每平方公里 7.1 萬(wàn)人以上，紐約曼哈頓每平方公里則有 28000 人。事實(shí)上，美國(guó)康涅狄格州的人口密度就與戴森球相當(dāng)接近，平均每平方公里約有 288 人。
也就是說(shuō)，通過(guò)一些協(xié)調(diào)和重組，可以在戴森球的某些區(qū)域達(dá)到普通城市的人口密度，同時(shí)保留開(kāi)放的空間區(qū)域。這就給留下了一個(gè)相當(dāng)令人驚訝的結(jié)論，與托馬斯?迪克在 1838 年提出的結(jié)論不謀而合，那就是：如果以恒星系統(tǒng)的原材料總量來(lái)估算的話(huà)，太陽(yáng)系所能容納的人類(lèi)數(shù)量被嚴(yán)重低估。誠(chéng)然，迪克沒(méi)有想過(guò)利用整個(gè)木星的物質(zhì)來(lái)建造一個(gè)戴森球，但他以一種奇怪的方式獲得了正確的結(jié)論。
因此，就實(shí)際支持 8000 萬(wàn)萬(wàn)億人生活的環(huán)境，以及其他伴隨生物的生物量而言，最大的限制因素是原材料的可得性。這個(gè)數(shù)字大約是從含碳小行星中推斷出的生物元素可得量的 10 萬(wàn)倍。另一方面，如果我們能夠重新利用整個(gè)木星來(lái)建造戴森球結(jié)構(gòu)，那我們當(dāng)然也可以重新利用其他星球來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
以非常近似的估計(jì)，土星、天王星和海王星的全部物質(zhì)可能提供大約 100 萬(wàn)億億噸的生物可用物質(zhì)。據(jù)估計(jì)，目前地球上的生物量約為 1 萬(wàn)億噸，因此這些星球有可能形成約 100 億個(gè)地球規(guī)模的生物量，而這些生物量可以養(yǎng)活總計(jì)約 1000 萬(wàn)萬(wàn)億人，足以占據(jù)一個(gè)包圍恒星的球形結(jié)構(gòu)或軌道結(jié)構(gòu)群上所有能量充足的區(qū)域。
當(dāng)然，我們也面臨各種各樣的問(wèn)題，尤其是關(guān)于地球自身是否具有維持人類(lèi)生存的能力的假設(shè)，因?yàn)槲覀儾磺宄壳暗娜丝跀?shù)量是否真的與這個(gè)星球相匹配。戴森球概念的根本假設(shè)是，只要有適量的恒星能量，就可以轉(zhuǎn)化為適宜居住的環(huán)境。這是對(duì)已知生態(tài)系統(tǒng)如何運(yùn)作的粗略簡(jiǎn)化，包括了不斷輸入、輸出的能量與物質(zhì)，以及生命的動(dòng)態(tài)變化和進(jìn)化。
不過(guò)，以這種方式對(duì)太陽(yáng)系進(jìn)行分析是非常有趣的，因?yàn)檫@讓我們認(rèn)識(shí)到，人類(lèi)在生命增長(zhǎng)與宇宙潛在容量的思考上可能會(huì)十分狹隘。正如我們?cè)?jīng)想象大多數(shù)行星系統(tǒng)都和我們的太陽(yáng)系相似，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，系外行星其實(shí)更加多樣化。我們關(guān)于生命只局限于少數(shù)幸運(yùn)行星表面的觀點(diǎn)，可能也只是先入為主的一廂情愿。
也許在某個(gè)地方，生命已經(jīng)“吞噬”了整個(gè)星球，變成了圍繞恒星的主體。托馬斯?迪克曾興奮地想象人類(lèi)居住在許多宏偉的世界里，但這樣的場(chǎng)景可能只代表了一種原始狀態(tài)；到了未來(lái)，這些世界可能會(huì)被重塑，變得更能滿(mǎn)足生命貪婪的需求。
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