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人类在地球上还能苟多久?

The following article is from 风云之声 Author 袁岚峰


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作  | 袁岚峰

来 源 | 风云之声

编 辑 | 扑克投资家,转载请注明出处


人类在地球上还能苟多久?这个看似天马行空的问题,其实是可以给出定量解答的。我的朋友、著名科普作家“老和山下的小学僧”写了一篇文章《带着太阳流浪:戴森球》(带着太阳流浪:戴森球 | 老和山下的小学僧),从能源的角度,详细计算了人类在地球上有望获取的各种类型的能源。在地球上的意思,就是没有移民到其他星球,那是我的其他一些朋友如中国科学院上海天文台葛健研究员干的事,他在主持一个寻找“地球2.0”的项目(寻找第二个地球和生命 |葛健)。


到目前为止,人类使用的能量,包括人力畜力和化石能源,绝大部分都来自太阳。因此,老和山下的小学僧把地球比作一颗大号太阳能电池,从地球诞生以来充电了46亿年,从工业革命以来挥霍了300年。请问以地球的能量,如果让全世界人民都过上现代生活,能够苟多久?

按照现在发达国家的人均能源消耗,再假设全球人口稳定在100亿人,那么可以算出,全球共同富裕后每年需要消耗900亿吨标准煤。900亿吨,这就是全人类共同奔小康的代价。

目前化石能源的探明可开采储量是多少呢?石油2300亿吨,煤炭1万亿吨,天然气205万亿立方,一共折合1.3万亿吨标准煤。除以900亿吨,只够用15年而已!难怪大伙要打成一锅粥。


且慢,化石能源还在不断勘探出来,开采技术也在不断进步。如果不管有没有探明、能不能开采,那么可以大致估计地球总共有10万亿吨石油,10万亿吨煤炭,1000万亿立方天然气,折合22.8万亿吨标准煤。这虽然提高了一个量级,但也只够全人类小康250年——真是一个吉利的数字。

下一步,把可燃冰加上。2017年有一个新闻,中国率先实现在海域可燃冰试开采中连续稳定产气,我当时也解读了一番(可燃冰的自白:五万公里黑不倒,我为人类续一秒 | 袁岚峰)。可燃冰就是天然气水合物,主要埋藏在海底,储量巨大,但开采困难,目前还没有实现商业开采。现在估计全球可燃冰的储量是2.1万万亿立方,折合26万亿吨标准煤。可燃冰能够让全人类小康290年,加上前面传统化石燃料的250年,真是应了那句歌词:向天再借500年!


再来翻翻地球自身的家当,跟太阳没关系的,也就是核能。

已探明的铀储量大约有500万至1000万吨,但考虑到用中子把铀238轰成钚239,就折合14万亿吨标准煤,比已探明的化石燃料1.3万亿吨高了一个量级。无论有没有探明,可开采的铀矿有多少呢?专家估计是3500万吨,这就折合100万亿吨标准煤,可供小康1000年,足足是所有化石燃料加起来的两倍。这下子,来到了千年的量级。

还有一类地球自身的家当,就是地热能,其中80%来源于地球自身放射性元素(如钾40)衰变释放的能量。整个地球的发热功率是442亿千瓦,相当于现在人类文明总功率的两倍。

一个有趣的问题是,你认为地球平均温度是多少?回答是2300度。因为地壳虽然温度低,但只占地球质量的0.4%,而地幔平均温度1100度,占地球质量的68%,地核平均温度高达5000度,占地球质量的31.5%。平均算下来,地球是一个两千多度的天然核反应堆!从这个角度看来,地球蕴含的热量相当于5万亿亿吨标准煤。


当然,热力学第二定律决定了,我们不可能把地热能都用来做功。即使可以,我们也不能把地球变成冰球啊。专家评估,可利用的地热资源只有总量的十万分之一。那么就相当于5000万亿吨标准煤,可供小康5万5千年。一家伙,又来到了万年的量级。

再开动一下脑筋,还可以在哪里挖潜?回答是潮汐能。我在以前一期评论科幻电影《月球陨落》的节目中(科幻电影中的民科理论,你能看出多少?| 科技袁人),介绍了潮汐的原理。许多人以为潮汐是永动机,这是完全错误的,实际上它来自地球自转的动能和月球的引力势能。潮汐能会因为摩擦而变成热量,导致地球自转变慢,月球远离地球。目前月球与地球的距离每年增加3.8厘米,这会在几亿年后产生可观的效应:人类会失去自己最古老的宇宙景观之一——日全食(https://baijiahao.baidu.com/s?id=1714186128430665676)。



潮汐能每天定点定量供应,使用不便,但它提供了一个清奇的思路:利用地球自转的动能发电。地球自转的动能高达900亿亿吨标准煤,足够人类挥霍一亿年。如果不够,还有地球绕着太阳公转的动能,它又是自转动能的一万倍。

我们虽然来到了亿年的量级,但如果沦落到要靠地球、月球的动能苟且偷生,是不是太惨了点?其实大图景是这样:星球的动能来自太阳系演化早期的引力势能,它跟化石能源相比是巨无霸,但跟真正的土豪相比就是小儿科了。真正的土豪是什么?熟悉我节目的朋友们肯定知道,就是核聚变。宇宙中绝大部分物质是氢,核聚变才是宇宙中最常规的能源。

最容易发生的是氘氚聚变,如果搞成了,大海里有45万亿吨氘,足够我们奔小康50亿年。如果把氘氘聚变也搞成了,就一家伙足够用一亿亿年。宇宙目前的年龄也不过137亿年而已!


回过头看,人类诞生200万年,不过是消耗了化石能源的一个零头,化石能源不过是核能、地热能的一个零头,核能、地热能不过是聚变能的零头的零头……人类连地球能源的零头的零头的零头的零头都尚未完全发掘,科技水平有多高,大家心里有数了吧。

琢磨完了地球的潜力,下面进入天马行空时间。如果真的搞定了聚变,人类就可以纵横太阳系,去月球出差就相当于现在去北京出差,人均能耗必然暴涨。所以原来能苟一亿亿年的,也许只够用一亿年了。那么一亿年之后,又该怎么办?

回答是看向太阳系。木星和土星是太阳系最大的两颗行星,它们的质量加起来是地球的413倍,而且75%以上都是氢。所以地球如果真要流浪,请千万记得把这俩燃料罐带上。


如果还是不够呢?请想想,太阳系里最大的扛把子是谁?回答当然是太阳,它占了整个太阳系质量的99.86%,而且全都是燃料。换句话说,整个太阳系的能源几乎都在太阳上,地球那点家当不知排在小数点后多少位!太阳对外辐射1秒钟的能量,就足够全球人民小康15万年,其中只有22亿分之一照到了地球,再其中的万分之一被人类利用,实在太浪费了!

这就顺理成章引出了戴森球的想法(想为新冠疫情出一份力?有电脑就行!| 科技袁周虑第40期),即造一个壳子把太阳包起来,接收到太阳发出的大部分光。这对人类的能量,立刻就是一个22亿倍的提升。



人无远虑,必有近忧。当我们掌握了太阳的能量后,视线就会放到太阳系之外。在50亿年后太阳变成红巨星之前,我们有可能被什么搞死?例如700光年外的猎户座α星在几百万年内发生超新星爆炸放出的伽马射线,例如40亿年后银河系与仙女座星系的相撞……(天地大冲撞!人类会毁于星系合并吗? | 袁岚峰)为了应对这些,我们就需要在宇宙中改变地球的位置。

《流浪地球》谈的是抛弃太阳去流浪,但从另一个角度看,太阳就是我们最大的资产,所以有人提出了,带着太阳去流浪。这不是科幻,而是正儿八经的学术文章。2019年12月,美国天体物理学家马修·卡普兰(Matthew E. Caplan)基于前人的研究,在《宇航学报》(Acta Astronautica)上提出了一种推动恒星的发动机模型(
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094576519312457),原则上只需要现有的物理理论就能实现。


第一,建造一个戴森球。
第二,利用戴森球反射阳光到太阳某一点,使其加热到极高温度,从而掀起大量氢和氦。
第三,收集氢和氦,注入到聚变发动机内,变成两束高速等离子体喷射出去。
第四,其中一束向后喷射,作为推动太阳的动力,另一束喷向太阳,维持引擎和太阳的距离,防止引擎坠落太阳。

根据卡普兰的计算,这个引擎每秒燃烧数百万吨物质,可以在100万年内将太阳系整体移动50光年,足够逃脱超新星伽马爆或恒星相撞的威胁。



你也许会担心,这么烧下去,太阳岂不是很快就烧完了?答案是正好相反,恒星的质量越大烧得越快,质量越小烧得越慢。这种引擎从太阳薅了大量物质,反而可以延长太阳寿命,太阳系保持宜居状态的时间会多出几十亿年。

太阳用完了以后怎么办呢?那时我们可以换一颗太阳,继续推着恒星走出银河系,穿越各大星系,游历整个宇宙!


此情此景令我想起《古诗十九首》:“生年不满百,常怀千岁忧。昼短苦夜长,何不秉烛游。”只不过,这次我们秉的烛是太阳!



不过,真正的危机也许刚刚开始。近年来,天文学家发现1480光年外的天鹅座KIC8462852恒星的亮度在短时间内快速下降,像是被什么东西遮住了,目前还没有靠谱的解释。一个猜想是,那边的智慧文明正在建设戴森球。这也启发我们,如果地球开始建设戴森球,会不会被三体文明盯上呢?光粒打击是不是已经在路上了?

为什么你值得加入《大宗商品贸易知识体系46讲·学习营》


从2020年下半年开始的大宗商品上涨,到欧洲战事背景下,能源、谷物等各类大宗商品进一步吃紧,市场价格波动剧烈,少数商品甚至出现极端行情。由此,在新经济、数字经济等耀眼潮流中,本来长期潜在公众关注的视线水平面以下的大宗商品及大宗商品贸易,这几个月来不断成为被世人瞩目和焦虑的热点。今年3月伦敦金属交易所镍逼空事件,几乎引发全网开始学习什么是期货逼空这样的大宗商品交易的专业化概念。


大宗商品显然不是因为宏观环境的巨变而意外闯进人们视野,相反是在动荡的环境中,大宗商品作为经济活动的根本基础的价值在沉重背景下被凸显出来。当人们都在仰望星空,追逐新经济的“诗和远方”时,几乎忽视了脚下大宗商品这等旧经济大地的默默存在。今日这大地竟然意外的伴着战云的怒吼,如巨鲸一样抖动起庞大的身躯,将人们从“元宇宙”、“虚拟世界”的畅想中猛然打断,迎面撞见黑黝黝踏浪而来的油轮和散货船,使人们猛然意识到这相貌粗糙的旧经济元素竟然一日不可或缺,且至关重要。以至有人观察到“标准普尔500指数中,今年表现最好的21只股票,竟均属于能源、化肥或其它大宗商品生产企业”;而与此同时,纳斯达克科技股却创下金融危机以来的最大跌幅,让人冷然感到似乎泡沫要破裂的危险。此消彼长间,人类似乎可能发现,自己并没有如所乐观料想的那样,比之先古已经走出了很远。



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