那个戴森球背后的男人：弗里曼·戴森

大家好，这里是奇想宇宙。

去年，我们成功举办了奇想奖·元宇宙征文大赛，引起中国科幻界的轰动。今年，奇想宇宙再出发，剑指全球，带来新一轮命题科幻大赛。

本届主题，我们精心挑选了硬核且具有陌生感的戴森球概念，相信能为海内外的作者带新鲜的创作土壤。

大赛预热过程中，奇想宇宙将为大家带来一系列戴森球相关内容。无论你是跃跃欲试的作者，还是求知若渴的幻迷，都欢迎和我们一起，了解这个迷人又浩瀚的科幻概念。

今天，让奇想宇宙和你一起通过阅读，了解那个戴森球背后的男人——弗里曼·戴森。

弗里曼·戴森（Freeman Dyson）是美籍英裔物理学家、数学家和作家。在学界，他的名声主要来自于量子电动力学方面的研究，在科幻领域，他最瞩目的贡献当属戴森球概念。1960年，戴森在《科学》杂志上发表论文《人工恒星红外辐射源的搜寻》，提出宇宙中的高等文明为利用整个恒星的能源，或将建造环绕包裹恒星的壳状结构。这种情况下，在地球上就看不到这些恒星了，但是根据球壳散发的红外辐射，依然可以探测这种结构的存在，进而找到外星文明。戴森球的概念由此诞生。论文以外，戴森也面向大众写作。1979年，他出版了半自传体科普著作《宇宙波澜》（Disturbing the Universe），按照“英国、美国、其他”的时间线索，回溯过往人生，讲述对于社会、科学和宇宙的看法。阅读这本书，不仅可以了解弗里曼·戴森的生活经历，还得以一探戴森球概念的发展背景。
英国戴森出生在两次世界大战间的英国，父亲是温彻斯特的一名音乐教师。一家人在海边有一间度假小屋，戴森假期时到那里居住，帮助改善小屋旁的40亩田地。这些田地低于海平面，需要经常排水。1938年， 15岁的戴森得到了一本微分方程方面的书，他听说这是“爱因斯坦的语言”，下决心要学会它。那是二战爆发的前一年，少年戴森对现实感到绝望，不知道是否还能活下去。他在小屋里足不出户地研究数学，仿佛外界一切都失去了意义，只有数学才是真实的。忧心忡忡的父母阻止了他。母亲给他讲《浮士德》的故事：浮士德将灵魂卖给魔鬼，换取知识和力量，却未能获得满足的人生，最后，浮士德看到海边为田地排水的村民们，在劳作中找到了人生的意义。戴森若有所思，前往田地帮助父亲排水，现实跟故事的画面重合了，他似乎找到了救赎之路。此后，人文思考一直与他的科学研究如影随形。二战开始后，戴森进入大学学习数学，并被派遣到怀顿的空军基地。空军经常执行轰炸德国的任务，他则负责计算飞机的出勤和损失率，为提高战士生存率的方案提供建议。由于军队中的官僚主义习气，他和同伴们的建议经常被搁置，许多他认识的人白白丢了性命。到了战争后期，军队频繁轰炸柏林。戴森不禁思索，是否以正义为名就能对平民展开轰炸。多年后，戴森和一位德裔姑娘结婚生子，带着妻儿回到妻子故乡的防空洞参观。那时他不得不向几岁大的孩子解释，妈妈当年之所以得躲进这个防空洞，是因为爸爸的朋友在天上扔炸弹。1945年，欧洲战事结束以后，戴森本应随这支空军前往太平洋战场支援盟军，然而8月7号的报纸送上了餐桌，大大的标题告诉他不用去了：“新的自然力量启用”。美国的两颗原子弹结束了战争。1947年，戴森成为了美国康奈尔大学物理系的研究生，导师是曼哈顿计划中著名的物理学家汉斯·贝特。这是战后物理界百花齐放的一年，休眠的种子苏醒过来，战争中的成果出现在了大学里。汉斯·贝特致力于把曼哈顿计划中一起工作过的年轻人都调到康奈尔，戴森由于卓越的数学能力，被派去进行电子能量的相关研究，他发现身边一大半人都参与过原子弹的研制。那段时间，戴森经常跟汉斯探讨物理试验。戴森爱聊哲学，汉斯更关注具体的细节，他告诉戴森，如果喜欢哲学，有一个人可以推荐给戴森，那就是奥本海默：曼哈顿计划的领导者。戴森于是答应在康奈尔大学毕业后，去普林斯顿大学跟奥本海默工作一段时间。同样是在康奈尔期间，他结识了另一位物理天才，理查德·费曼（书中昵称其为迪克）。
美国康奈尔毕业以后，戴森继续留在美国工作和学习，逐渐成了一个美国人。1948年暑假，戴森与费曼结伴，开始了一场长达四天、开车横跨美洲大陆的旅行。费曼是一位思维方式与众不同的科学家。谈及爱因斯坦，费曼认为曾经的爱因斯坦是一个天才，现在他只是一个玩弄方程的人，无法成功。戴森有种预感，也许在精神层面上，现在的费曼，正是当年的爱因斯坦。戴森的研究依靠扎实的推导和方程，费曼则以图像和直觉为主，往往是先写答案，再回过头去补过程，然而那些天才的思想，总是需要严密的论证才能被读懂和接受。后来的合作中，戴森整合费曼和其他两位物理学家在量子电动力学上的成果，给出了严密的数学论证，这成为了他在物理学领域最重要的成就之一。这个暑假结束后，戴森来到了普林斯顿大学，在奥本海默的带领下工作。然而，此时的奥本海默，这位原子弹之父，正深处麻烦之中。在原子弹研制成功之初，他做出了支持战争中使用原子弹的决定，并没有跟其他科研同事讨论，独自承担了一切责任。1948年2月，《时代》杂志发表了他的忏悔声明，强调物理学家在这一事件中应当知道自己的罪孽。此后，奥本海默又就此事参加了一次次调查和审判。奥本海默之前的同事们愤愤不平，认为制造炸弹旨在结束战争，在道德上是无可置疑的。戴森却觉得，自己似乎能够理解奥本海默究竟因何忏悔：他们当时不仅制造了炸弹，而且享受了制造炸弹的过程。在之后的岁月中，戴森参与了人类决定原子能未来命运的多次事件。1955年，为解决人类能源危机、和平开发核能，联合国在日内瓦召开会议，号召各国核能研究专家通力协作，共同开发民用反应堆。会议决定成立一个17名科学顾问的技术小组，戴森入选。他参与了一种民用安全反应堆的设计，样机得到好评，同事们畅想它在未来会像蒸汽机和电动机那样广泛应用。好景不长，由于安全和效能问题，加上人才流失，计划最终失败，不再有人相信民用反应堆的未来。1958年，上一年苏联卫星成功发射后，美国加快了航天研究的步伐，月球飞船正在加紧开发，即是后来的阿波罗计划。不管是美国飞船还是苏联火箭，使用的都是冯·布劳恩式的化学推进航天器。与此同时，另一条航天之路摆在了美国人面前：放弃化学动力，使用核动力推进的新飞船。戴森拥有反应堆设计经验，受邀前往圣地亚哥的秘密基地，参与研制核动力太空飞船。这一行动被称为奥利安计划（Orion）。戴森和同事们非常有信心，认为在未来的星际航行中，使用核动力飞船，成本将缩减为常规化学动力飞船的百分之一。1958到1959年，他们进行了多次试验。然而，鉴于常规动力登月飞船短期内的成果预期，以及60年代开始的核裁军计划，禁止核试验，奥利安计划遂被政府取消，戴森的星际航行之梦暂告中止。戴森曾尽一切努力保全奥利安计划。1959年，他在政治影响力巨大的刊物《外交事务》上发表文章《核武器的未来发展》，认为人类武器技术的发展是不可逆的，未来的核武器将日渐小型化和常规化，明面上的禁止，只会让各国私下违反禁令，秘密试验。文章面世舆论哗然，戴森后来不得不承认，核试验禁令至少在短期内是有益的，人类无法承担全球核战争的后果，核禁令也许能够得到有效执行，自己当初这篇文章过于冲动。1962年，美国总统肯尼迪上台后，成立了一个军备控制和裁军组织，简称ACDA，与苏联进行裁军和禁止核试验的相关谈判。戴森由于在该领域的影响力，成为了ACDA的科学顾问。他提出过不少建议，囿于科学家而非政治家的身份，许多建议看似有效，却在政治上无法实现。在此过程中，他和苏联方面有了接触，对冷战另一方关于核武器和航天发展的理解，有了新的认识。
其他1966年，导演斯坦利·库布里克拍摄影片《2001：太空漫游》，邀请戴森担任科学顾问，为电影宣传录制一段采访。戴森欣然应允。他很欣赏库布里克之前的《奇爱博士》，这部喜剧色彩的电影很好地反映了人类面对核武器的处境。《2001：太空漫游》有着与《奇爱博士》迥然不同的风格，引发戴森的思考，他认为，《奇爱博士》中核战争的发动者与观众同为人类，喜剧和诙谐对话是最好的工具；到了《2001》，人类面对的是完全陌生、无法理解的生物，电影风格也必须是非人类、非言语、神秘的。他喜欢上了这部电影，并一再重温，想象宇宙和未来。早在1948年，参加过曼哈顿工程的数学家冯·诺依曼就提出了他著名的自动机猜想，论证一台能够不断复制自己的机器，应该由四种部分构成，并介绍这四种部件如何分工，按照程序依次执行，实现自我复制。三年后，生物学界发现了DNA的结构：DNA，RNA，核糖体和酶。这恰好构成了冯·诺依曼机的四部件。戴森非常振奋，认为冯·诺依曼机将在人类的太空开发中起到重要作用。他提出数个模型，其中之一是，向充满水资源的土卫二发射携带太阳帆的冯·诺依曼机，使其不断进行自我复制，在土卫二采集水资源，运送至火星，在人类不参与的情况下，逐渐把火星改造为宜居行星。该设想同样可以运用于戴森球的制造。戴森球这一概念，是戴森在探讨搜寻地外文明可能性的过程中提出的。在他之前，天文学家已就寻找外星人的方式达成了共识，即通过收听宇宙中的无线电波，来寻找外星人的信息，并以各种算法计算智能生命在宇宙中存在的概率。戴森对这些方式并不认可，认为生命经过一定的化学方式出现在地球上，人类至今对这一过程还很无知，这样的计算缺乏意义。如果宇宙中当真存在其他文明，则其技术会在宇宙中留下痕迹：人类必须搜寻的是技术，而非文明本身。正确的思考路径是，一个技术型的物种，试图在宇宙中进行扩张，它可能采取的方案有哪些。戴森回忆起多年前读过斯特普尔顿的小说《造星主》，设想这个文明将会把恒星环绕起来，建造人工的生物圈。建造生物圈的材料有多种获取方法，比如使用红巨星膨胀后的外壳，或者拆解恒星系里的行星。他又引用了卡尔达肖夫的三级文明理论：一级文明控制一颗行星的资源，二级文明控制一颗恒星的资源，三级文明控制一个星系的资源。估算每两个等级文明之间的尺度比例，和每一级文明向下一级文明转变的时间：每两级文明之间尺度和能力的差异大约是100亿倍。这个差异看似不可想象地大，但经济的指数增长证明了鸿沟并非不可逾越。一个社会每年仅增长1%，完成100亿倍的增长就只需要2500年。要发现一个一级文明，只能通过收听无线电波的方式。但是在遥远的宇宙距离中，这种信号会衰弱到无法发现。一个能够建造戴森球的文明，属于二级文明。二级文明的恒星，或将因为人工生物圈的遮挡而变得不可见。根据热力学第二定律，系统在吸收恒星能量升温后，必须以红外辐射的形式，把热能排到外层空间去。而红外辐射是可被接收的。再假使这些生物跟人类一样，身体主要由水构成，那么该戴森球的生物圈也一定处于液态水的温度范围内。这样，目标红外辐射的波长甚至可以被精准定位。只要建立一个宇宙中红外辐射源的目录，一一排查，必将有所收获。遗憾的是，人类目前还无法发现三级文明，我们不知道三级文明会是什么样子。三级文明是占据了整个星系的存在，想要发现二级文明，需要了解恒星的原理；想要发现三级文明，需要了解星系的原理。至今，人类对银河系的了解还很少，无法判断它是否已经被一个三级文明占据。戴森指出，在人类向银河系扩张之前，应当好好观察一下周围。如果身边有邻居，我们需要对其了解足够多，才能以朋友而非侵略者的身份见面；如果我们在宇宙中是孤独的，全无邻居，也无须担心——当地球的生命填满银河系其他角落时，在每一个定居点性质都会有所变化，思想和精神会进入人类无法想象的维度。生命在宇宙的展开是一个开始，而非终结。《宇宙波澜》的大部分内容，是围绕核能相关的研发和应用展开的，从科学技术，延展到政治、军事、社会、伦理、宗教。对于科幻读者来说，这些是宝贵的科幻资源。书的开篇，戴森提到了自己八岁时看过的一本童话，书中“拯救者”和“毁灭者”两个形象，始终萦绕在他的脑海，二者没有明确的界线，角色随时可能转换。戴森的一生，也始终在寻找拯救者和毁灭者之间的平衡：科研现实中，他从核试验的支持者，逐渐转向了核裁军的支持者和执行者；理论想象中，他的思维不断飞跃，留下戴森球这一伟大概念，给后世搭建出新的舞台。
沿着弗里曼·戴森当年的理论构想，奇想宇宙主办的第二届奇想奖科幻征文比赛，主题已确认为戴森球。活动将于近期正式启动，届时会邀请海内外科幻作者们一起创作戴森球主题的科幻作品，请大家拭目以待。▼最早提出戴森球构想的竟是这本书！
这是一份严谨的戴森球制作教程，请查收！
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撰文：宇镭

责编：东方木

校对、文案、排版、配图：夏尔马