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如果實現可控核聚變,人類是否還需要建設環繞太陽的戴森球

關于戴森球的故事,要從兩個科學家說起,第1個科學家是卡爾達肖夫,他是前蘇聯科學家、科普小說作家。

就是這位科學家給人類文明下了一個定義,用對能源的利用率,把人類的文明區分成幾個層次。

一級文明,可以利用本星球全部的能源。

二級文明,可以利用恒星系統的全部能源。

三級文明,可以利用所在星系的全部能源。

》按照這種劃分,地球上的文明目前正處在0.75級。

因為人類可以利用全部的化石能源,還可以利用全部的裂變能源。但是含能最大的核聚變能源,仍然利用起來困難重重。        

目前,唯一能夠利用的就是氫彈爆炸瞬間釋放的能量,但是這種能量不受控制,只能用來摧毀。

所以,可控核聚變一直是人類追求的目標,也是人類踏上一級文明的關鍵門檻。

在太陽系內,最大的核聚變系統就是太陽本身。

如果在地球的圓軌道上有一個球面包裹住太陽,那么太陽輻射到這個球面的全部能量為3.78×10的26次方焦耳,地球只得到了其中的1/22億。

在這1/22億里面,人類全部的動力裝置發出的能量只相當于太陽輻射到地球能量的1/10000。

》1965年,科學家弗里曼.戴森提出了一個最大限度利用太陽能的方式。

建造一個包裹在太陽外面的巨大球體~戴森球。

       

     

在太陽的引力場里,一個包裹在太陽外的完整球狀殼體是沒有辦法穩定的。

最現實的就是在太陽周圍,建設圍繞太陽旋轉的圓環,也就是所謂的戴森環。

戴森環能夠利用20%~40%的太陽能。

但是我們要知道,現代人類對于能源的利用和需求和遠古時期有了天壤之別。

在遠古時期,人類就靠火來燒烤食物、取暖,但是現在不一樣了。

       

     

汽車的氣缸里面就是石油燃燒產生的火,古人不需要這樣的東西。噴氣發動機的渦輪燃燒室中,火箭發動機的噴口里噴出來的,都是化學燃料產生的火焰。

》在漫長的史前時期,人類只依靠其身體能量。

大部分健康成年人只能在短暫的集中運動期間產生102W的功率。

18世紀時,一匹好馬被認為相當于10個人,最好的馬有1kW的功率。1870年,美國大型馬隊有多達40匹馬來拉犁。

瓦特改良后的蒸汽機平均功率為20千瓦,是好馬的25倍,第一臺谷物聯合收割機的牽引功率最高可達30千瓦。

       

     

1900年,典型的美國城市家庭只有幾個低功率燈泡,加起來不到500瓦。2000年,一座居住面積約為400平方米的全電動空調郊區住宅擁有80多個開關和插座,可為所有可想象的家用電器供電,耗電量高達30kW,至少是一個世紀前的60倍。如果把該家庭擁有的三輛汽車算上,該家庭控制下的總功率會提高到接近500千瓦!

       

     

一個現代美國中產家庭擁有的力量,相當于擁有6000名強壯奴隸的羅馬貴族,或雇傭3000名工人、飼養400匹大馬的19世紀地主。

但是,在人類建造的最強大機器面前,以上都是浮云。土星5號火箭,5臺主發動機一共擁有1.6億匹馬力的功率。

》回顧文明發展歷程,文明每上升1個臺階,能源消耗呈指數增加。

作為一個智慧物種,人類不會永遠滿足于停留在地表,所以我們才會發展航空、航天。

現在馬斯克的space X公司又提出了星際殖民,并且向著這個目標堅實的邁進,因為獵鷹9號飛船已經可以重復使用了。

       

     

可以運載幾十名乘員的宇宙飛船~星艦starship,已經進行了多次試飛,這意味著平民廉價宇航時代的到來。

starship雖然經濟性達到了使用要求,但是仍然要使用氫和氧作為燃料,而且這些氫和氧在推動火箭發動機工作以后,幾乎都是不可回收的。

在大氣層內部飛行的時候,氫氧燃燒的水蒸氣可以成為水循環的一部分。

在宇宙空間飛行時,化學火箭發動機噴出的物質是不會落回地球的。

       

     

人類邁向宇航時代,注定大量消耗燃料。而這些燃料很可能窮盡全世界的氧氣、氫氣和甲烷,仍然不能滿足。

》美國曾經有1個用原子彈推動火箭的方案,叫做獵戶座計劃。

獵戶座計劃有很多個版本。

最先進的版本是飛船后部放1個巨大金屬圓盤,金屬圓盤通過液壓減震柱和飛船本體相連接。在金屬圓盤的后面釋放5000噸當量的中子彈,同時釋放一些塑料盤,中子彈爆炸產生的高溫加熱塑料盤產生高溫等離子漿推動飛船前進。

       

     

這個計劃已經通過了常規炸藥的驅動原理驗證。

如果說化學火箭只能算是小木船,那么聚變火箭才是真正的航空母艦,最大的聚變火箭可以做到800萬噸。

800萬噸重的核動力宇宙飛船,乘員有8000人,其中核燃料就有700萬噸。聚變飛船加速到光速的1/10,飛到距離太陽系最近的恒星系統~比鄰星需要50年。700萬噸燃料只夠飛行和減速用,所以是單程票。

按照這個比例,全人類宇航時代來臨的情況下,需要的燃料用盡地球全部核聚變材料都無法滿足。

       

     

所以人類仍然能源不夠用,我們只能把能量的來源,鎖定本星系最最強大的能源輸出機器,太陽核心的核聚變反應堆。

》所以,即使人類搞定可控核聚變,仍需要戴森球。

史前到現在,人類的人口增長了上萬倍,將來分布于太陽系的人口可能高達1千萬億。

甚至可能戴森球能夠給人類提供的能量都不夠,這個時候人類可能會尋求銀河系全部恒星提供的能量。人類文明又會上一個臺階,進入二級文明。

       

     

未來可能會超乎人類想象,目前對于未來的所有預測,只是在技術的鎖眼里,朝門內瞟了一眼。

假如人類文明發展到4000年,那個時候再回顧曾經的發展歷程,會發現人類對能源需求的眼光是多么的膚淺。

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