浅谈宇宙文明等级和进级的关键技术．

蒼龙岭

我们的宇宙拥有长达138亿年的历史，银河系历史超过了100亿年，地球45亿年，人类有史记载的地球早期文明中，曾先后诞生过无数超现代化的史前文明，因各种災难，包括地震、洪水、火山、外来星体（陨石，彗星）撞击、大陆板块的升降、气候突变、甚至还有核爆炸等 毁灭， 上一个文明毁灭，下一个文明很快又重生，地球在不断地演绎着文明毁灭与重生的循环。

科技的进步赋予了人类探索宇宙的能力，尤其是近几十年来哈勃望远镜和韦伯望远镜升空，观测宇宙的工具不断革新，更是为我们打开了新的宇宙之门。在可观测宇宙内星系数量已经突破2万亿个，系外行星数量也突破5000颗，1964年苏联地外文明天文学家尼古拉·卡尔达肖夫，坚信高级文明的存在，甚至一些文明要比我们领先数百万甚至数十亿年，当代人类有百万年历史，在宇宙漫长历史上真正的文明史只有短暂的一百多年，已经走过了过去数千年文明犮展的总和，最近几十年的发展变化更是让人瞠目结舌，现在文明处在一个什么水平？文明应该怎样提升发展？是本篇探讨的主题。

一、宇宙文明等级

所谓的文明，就是人类支配物质与能量的能力，人类诞生的超过数千万年，在99.99%时间里，人类能够掌握的能量，只有八分之一马力；十万年前，手持工具达到一又四分之一马力；蒸汽机出现，人类掌握的能量达到数十到数百马力；进入电力时代、信息时代、人工智能时代能量级数获得飞跃，核能时代，能量达到足够摧毁所居住的行星的程度。历史地看，每当人类控制一项自然力，都能大幅提升人类所能掌握的能量。

文明等级是卡尔达肖夫根据一个文明所能够利用的能源量级，来量度文明层次及技术先进程度的一种假说。认为能量是存在文明的根本，文明层次与技术先进程度与其可控制的能源总量息息相关，衡量文明等级的标准就是能耗，也就是一个文明对能源的掌控和消耗情况。宇宙文明等级可用一𠆤对数公式表示，如果一个文明的全部能源消耗为P，那么这个文明对应的卡尔达肖夫等级K可以表示为：

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P 代表一个文明每秒使用能量的总和，以瓦特为单位。

‍最初卡尔达肖夫把宇宙文明等级分为三级（Tyep l、Typell、Typelll)，一级文明控制和使用的能量就是太阳辐射能量被地球接收到的部分，也就是太阳辐射总能量的约二十二亿分之一。二级文明使用和控制的能量要达到太阳辐射总能量。三级文明控制和使用的能量要达到银河系的辐射总能量。 每上升一个等级，文明所使用的总能量就增加100亿的倍数。

（－）一级文明 是地球文明

‍一级文明，也就是行星文明，能够利用所在行星上所有能源，包括地表，地下，海洋里，甚至包括太阳照射到地球的能量和和卫星月球上的资源。

1．不可再生能源 如煤炭、石油、天然气等化石燃料，除产量有限，因产生温室效应使气候变暖，虽然可以由再生的清洁能源如太阳能、风能、水能、生物质、地热能　和海洋能取代，但多数可再生能源效率低，波动性大。

2．目前核电厂 采用的核裂变 技术，存在安全性和核废料问题，原理是由重的原子核例如铀分裂成几个较轻的原子核过程中释放出2~3个中子与巨大的能量，继而使别的原子核接着裂变，释放出巨大的原子核能。1克铀235完全发生核裂变后，放出的能量相当于燃烧2.5吨煤所产生的能量，在全部电力里面目前已经占有15%的比重。

核聚变是获得原子能的方法，通过轻核聚合引起原子核结合能变化，由两个轻原子核如氢的同位素（氘D，氚T），在超1亿摄氏度高温和极高压等条件下，融合为一个较重原子核氦，这是一种伴随着巨大的能量释放的核反应形式，经计算1千克物质完全的转换为能量可以得电能约为250亿千万时， 是核裂变反应的四倍。

核聚变是一级宇宙文明的标配技术，核聚变条件除了高温，还要使等离子体密度足够大，维持时间足够长 ，这样才能发生自持的核聚变反应，恒星依靠自身巨大的质量和引力能够束缚等离子体，在高温下持续的核聚变。人工可控核聚变有效途径是 磁约束和激光惯性约束 等方案，目前还具有很大的技术挑战，乐观估计，离商业应用还要几十年的时间。

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3．采集地球能源最集中的地球核心的能源，超热岩石作为地热能主要来源，地球半径为6371km，人类花费30多年时间向地球内部钻探到12.262 km。



4．月球基地建成，月球上的核聚变的原料氦-3(是地球的200万倍))等矿物已经开始大规模开采。氦-3是一种轻且无放射性的氦同位素，使用氦-3的核聚变反应堆可以提供一种高效的核能形式。

根据卡尔达肖夫公式‍，2021年人类生活消耗使用的全部能量约1.89 ＊10^13W/s，求得的K值为0.7276。 K值对文明的能量消耗是按指数倍增长，每升0.1级所需的能量总和是之前的十倍，现在距离一级文明能量控制使用量还相差3600倍，所以从0.72到一级还是相当困难。



地球文明现状现状还在使用很弱能力的化石能源，面临相当多的瓶颈技术。致使很多的资源还无法有效地利用，没掌握可控核聚变，也没能大规模开发地球轨道附近的太空资源。当文明犮展到将地球上的全部能源牢牢掌握並利用。有了火星探险的嘗试，並可在太阳系内的几大行星之间来回穿梭之时那就意味着进入了一级文明行列。以3%的增长率，人类需要200年的时间达到一级文明水平，如果电力消耗以每年 1% 的速度增加，我们将在大约600年内达到一级文明。

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‍ （二）二级文明 是恒星文明

‍二级文明能控制和利用的能量达到本级恒星辐射的全部能量。恒星本身的质量和能量都是绝对的大头，比如太阳系质量的99.86%都集中在太阳身上，太阳一秒钟释放的能量就够供人类用几十万年。由于科技的迅速发展，地球能源不能满足需求，对核聚变能源的有效利用和开发，为文明的快速发展提供强大的动力。

二级文明标志性特征就是可以建造一𠆤由美国物理学家弗里曼·戴森提出人造天体装置，围绕恒星建造一个或多个环形或球形结构，通过大量的光伏面板或其他能量收集设备，最大限度地利用恒星的能量输出，将太阳释放的光和热源源不断地转换为能源，透过戴森球或相关科技、彻底利用恒星系统的能量。建造戴森球需要开发出能够承受极高温度和强大辐射的新型材料，如纳米金刚石抵抗极高温，提供稳定的能源，设计出高效的能源收集和分配系统，以满足整个戴森球的能源需求，需要人类在多个科技领域取得突破性进展。研究戴森球不仅仅是科技的发展，更是一种对未知世界的探索精神。近日，科学界传来了一则震撼人心的消息：科学家们在浩瀚的宇宙中，疑似捕捉到了2级文明的微弱信号，这一发现不仅令人惊叹，更将对人类未来的认知与发展产生深远的影响。

二级文明人类需要数千年时间，才可能到达。

（三）‍三级文明是星系文明

三级文明需要二级文明利用能源的100亿倍甚至更多，不再受限于附近的恒星系统，能控制和使用的能量达到包括黑洞在内的全星系能量，甚至宇宙尺度的能量。

星系是非常巨大的，星系两端最远的距离少则几十万光年，多则几百上千万光年，黑洞是存在于宇宙空间中的一类大质量天体，因引力极大，所有进入其视界内的光和粒子都无法逃逸。此前有科学家估算过，质量大于10倍太阳质量的黑洞数目应该超过1亿个，可以捕获黑洞的能量代替恒星成为能量来源，‍比如人类可以完全使用整个银河系的资源，约10至100万年能够掌控利用所在星际上千亿颗恒星的全部能源，整個星系的能量是巨大的，甚至可以用無限來形容。

使用技术包括恒星的核聚变，黑洞的质量转换、量子能等超级能源技术。

距离太阳最近的恒星系在4光年之外。以现在的化学火箭技术，到达最近的比邻星要五万年以上。核聚变火箭能把飞船加速到光速的百分之五左右，即便如此到达比邻星也要一百年的时间。宇宙飞船不能实现光速移动是因为相对论中提出，一个有质量的物体在运动时，速度越快质量也会变得更大，越接近光速这种现象就会越明显，当一个物体实现光速运动时，它的质量就等于无限大，所以任何质量不为零的物体都只能接近光速，不能达到光速或者超越光速。宇宙的直径达到了930亿光年，即便是我们以光速飞行，想要抵达最近的比邻星也要4.22年，更不用说直径超过10万光年的巨大银河系了。

超光速飞行

如何在不違背相对论的前提下实现超光速飞行，科学家提出了使用曲率引擎和虫洞理论。

 1．虫洞



爱因斯坦认为，宇宙时空是可以扭曲的，如果我们将它扭曲到极限，以至于非常遥远的两个空间点被连接到一起，也就是时空隧道，那么我们就可以像那只虫子一样抄近路到达，在不违背相对论的超光速航行的物理限制的情况下穿越宇宙了。

实现超光速飞行是设想就是将粒子-反粒子对作为一条时空通道的两端，从而了解基本粒子在弯曲时空的表现，操控普朗克尺度（10-35 公尺）下的事物，比如量子泡沫等微观时空结构，透过负能量或者奇异物质控制、放大随机涨落的虫洞，从而具备实现时空旅行的能力，同时需要特殊的物质和能量维持虫洞的稳定性等问题，但目前还没有实际证据表明它可以作为星际旅行的可行途径。

2．曲率引擎，是一种超光速推进系统，在宇宙飞船周围出了一种正常时空的人工气泡，使得飞船可以安全的以快于光速的几个数量级的速度航行，同时又回避了时间膨胀的相对论性的问题。

曲率引擎的原理就是压缩飞船前面的空间，同时扩张飞船后面的空间，飞船本身还是以低于光速的速度飞行。按照相对论，空间是可以扭曲的。压缩了飞船前部的空间，等效于减少了飞行的距离，看起来就是超光速了，其实飞船本身的飞行速度并没有超光速。

问题在于要线性压缩需要利用负能量（以真空中量子涨落能量为零点，高于的叫正能量，低于的叫负能量）来实现对空间的压缩与扩张，不具实现的条件，改变双曲面压缩则可以使用正能量，进而使用等离子体和电磁场来实现空间压缩。

可行性问题解决了，又出现构建空间的能量问题，在飞船外部实现空间压缩与扩张，需要的能量相当于100个木星质量，或者十分之一太阳质量，远超人类目前能达到的水准。如能将能量需求降低到核聚变的水平，则曲率引擎就变得可望可及了。

三级文明超光速航行采用虫洞穿越、时空扭曲等技术，将空间压缩或曲折，掌握了用超导电磁力反重力的技术，使太空船能悬浮和操控不受重力影响，从而实现在短时间跨越遥远的星系。探索了时间旅行和平行宇宙的可能性，类比到人类文明身上就是在直径18万光年拥有4000亿颗恒星的银河系内跨时空的自由穿梭，来去自如，随心所欲驾驭整个星系。人类若想晋级为星系文明，至少需要上万年的时间。

‍随着人们对宇宙认识的深入，又有科学家增加了新的分类，一直到最高的七级文明。而后来四到七级文明则脱离了光速的限制，甚至是物质的限制，开始掌握纯能量层面的应用，在空间方面则可以脱离本宇宙甚至是宏观的三个维度，进入到其他宇宙乃至于超弦理论所允许的11维空间中。

以上介绍的有关宇宙文明进级的一些关键技术、很多是思路设想，已经夠烧脑了，能否实现尚待十百千万年来见证，本美篇的目的也是为了拓宽眼界，内容涉及面太多。难以深入，仅将近期我做的努力展示岀来和大家分享。