如果实现可控核聚变,人类是否还需要建设环绕太阳的戴森球
关于戴森球的故事,要从两个科学家说起,第1个科学家是卡尔达肖夫,他是前苏联科学家、科普小说作家。
就是这位科学家给人类文明下了一个定义,用对能源的利用率,把人类的文明区分成几个层次。
一级文明,可以利用本星球全部的能源。
二级文明,可以利用恒星系统的全部能源。
三级文明,可以利用所在星系的全部能源。
》按照这种划分,地球上的文明目前正处在0.75级。
因为人类可以利用全部的化石能源,还可以利用全部的裂变能源。但是含能最大的核聚变能源,仍然利用起来困难重重。
目前,唯一能够利用的就是氢弹爆炸瞬间释放的能量,但是这种能量不受控制,只能用来摧毁。
所以,可控核聚变一直是人类追求的目标,也是人类踏上一级文明的关键门槛。
在太阳系内,最大的核聚变系统就是太阳本身。
如果在地球的圆轨道上有一个球面包裹住太阳,那么太阳辐射到这个球面的全部能量为3.78×10的26次方焦耳,地球只得到了其中的1/22亿。
在这1/22亿里面,人类全部的动力装置发出的能量只相当于太阳辐射到地球能量的1/10000。
》1965年,科学家弗里曼.戴森提出了一个最大限度利用太阳能的方式。
建造一个包裹在太阳外面的巨大球体~戴森球。
在太阳的引力场里,一个包裹在太阳外的完整球状壳体是没有办法稳定的。
最现实的就是在太阳周围,建设围绕太阳旋转的圆环,也就是所谓的戴森环。
戴森环能够利用20%~40%的太阳能。
但是我们要知道,现代人类对于能源的利用和需求和远古时期有了天壤之别。
在远古时期,人类就靠火来烧烤食物、取暖,但是现在不一样了。
汽车的气缸里面就是石油燃烧产生的火,古人不需要这样的东西。喷气发动机的涡轮燃烧室中,火箭发动机的喷口里喷出来的,都是化学燃料产生的火焰。
》在漫长的史前时期,人类只依靠其身体能量。
大部分健康成年人只能在短暂的集中运动期间产生102W的功率。
18世纪时,一匹好马被认为相当于10个人,最好的马有1kW的功率。1870年,美国大型马队有多达40匹马来拉犁。
瓦特改良后的蒸汽机平均功率为20千瓦,是好马的25倍,第一台谷物联合收割机的牵引功率最高可达30千瓦。
1900年,典型的美国城市家庭只有几个低功率灯泡,加起来不到500瓦。2000年,一座居住面积约为400平方米的全电动空调郊区住宅拥有80多个开关和插座,可为所有可想象的家用电器供电,耗电量高达30kW,至少是一个世纪前的60倍。如果把该家庭拥有的三辆汽车算上,该家庭控制下的总功率会提高到接近500千瓦!
一个现代美国中产家庭拥有的力量,相当于拥有6000名强壮奴隶的罗马贵族,或雇佣3000名工人、饲养400匹大马的19世纪地主。
但是,在人类建造的最强大机器面前,以上都是浮云。土星5号火箭,5台主发动机一共拥有1.6亿匹马力的功率。
》回顾文明发展历程,文明每上升1个台阶,能源消耗呈指数增加。
作为一个智慧物种,人类不会永远满足于停留在地表,所以我们才会发展航空、航天。
现在马斯克的space X公司又提出了星际殖民,并且向着这个目标坚实的迈进,因为猎鹰9号飞船已经可以重复使用了。
可以运载几十名乘员的宇宙飞船~星舰starship,已经进行了多次试飞,这意味着平民廉价宇航时代的到来。
starship虽然经济性达到了使用要求,但是仍然要使用氢和氧作为燃料,而且这些氢和氧在推动火箭发动机工作以后,几乎都是不可回收的。
在大气层内部飞行的时候,氢氧燃烧的水蒸气可以成为水循环的一部分。
在宇宙空间飞行时,化学火箭发动机喷出的物质是不会落回地球的。
人类迈向宇航时代,注定大量消耗燃料。而这些燃料很可能穷尽全世界的氧气、氢气和甲烷,仍然不能满足。
》美国曾经有1个用原子弹推动火箭的方案,叫做猎户座计划。
猎户座计划有很多个版本。
最先进的版本是飞船后部放1个巨大金属圆盘,金属圆盘通过液压减震柱和飞船本体相连接。在金属圆盘的后面释放5000吨当量的中子弹,同时释放一些塑料盘,中子弹爆炸产生的高温加热塑料盘产生高温等离子浆推动飞船前进。
这个计划已经通过了常规炸药的驱动原理验证。
如果说化学火箭只能算是小木船,那么聚变火箭才是真正的航空母舰,最大的聚变火箭可以做到800万吨。
800万吨重的核动力宇宙飞船,乘员有8000人,其中核燃料就有700万吨。聚变飞船加速到光速的1/10,飞到距离太阳系最近的恒星系统~比邻星需要50年。700万吨燃料只够飞行和减速用,所以是单程票。
按照这个比例,全人类宇航时代来临的情况下,需要的燃料用尽地球全部核聚变材料都无法满足。
所以人类仍然能源不够用,我们只能把能量的来源,锁定本星系最最强大的能源输出机器,太阳核心的核聚变反应堆。
》所以,即使人类搞定可控核聚变,仍需要戴森球。
史前到现在,人类的人口增长了上万倍,将来分布于太阳系的人口可能高达1千万亿。
甚至可能戴森球能够给人类提供的能量都不够,这个时候人类可能会寻求银河系全部恒星提供的能量。人类文明又会上一个台阶,进入二级文明。
未来可能会超乎人类想象,目前对于未来的所有预测,只是在技术的锁眼里,朝门内瞟了一眼。
假如人类文明发展到4000年,那个时候再回顾曾经的发展历程,会发现人类对能源需求的眼光是多么的肤浅。