研究表明：先进文明将在1000年内使他们的星球过热

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自工业革命以来，地球的全球平均气温一直在稳步上升。根据美国国家海洋和大气局（NOAA）的数据，自1850年以来，地球以每十年0.06°C（0.11°F）的速率升温，总计约1.11°C（2°F）。自1982年以来，平均年增长率为每十年0.20°C（0.36°F），是以前的三倍多。更重要的是，预计到本世纪中叶，这一趋势将增加1.5至2°C（2.7至3.6°F），乃至可能更多！这是燃烧化石燃料的直接后果，自19世纪中期以来，化石燃料呈指数级增长。


根据温度升高的程度，对地球宜居性的影响可能是灾难性的。在最近的一项研究中，一组科学家研究了气温上升是发达文明面对的一个长期问题，而不仅仅是化石燃料消耗的问题。正如他们所说，全球气温上升可能是能源消耗指数增长的必然效果。他们的发现可能会对天体生物学和搜寻地外智慧生物（SETI）产生重大影响。
这项研究是由罗马大学天文学和天体物理学副教授阿梅迪奥·巴尔比（Amedeo Balbi）和佛罗里达理工学院航空航天、物理和空间科学系以及化学和化学工程系的助理教授马纳斯维·林加姆（Manasvi Lingam）进行的。这篇论文具体介绍了他们的发现，“废热和可居住性：技术能源消耗的限定”，最近出现在网上，正在《天体生物学》杂志上发表。


文明最终会使地球过热的观点可以追溯到苏联科学家米哈伊尔·i·布迪科（Mikhail I. Budyko）的研究。1969年，他发表了一项开创性的研究，题为“太阳辐射变化对地球气候的影响”，他认为“人类使用的全部能量都转化为热量，与目前的辐射增益相比，这种能量的主要部分是额外的热源。”简单的计算表明，以目前使用能源的增长速率，在不到200年的时间里，人类产生的热量将与来自太阳的能量相当。”
这是全部能源生产和消费必然产生废热的一个简单后果。虽然与碳排放相比，这些废热对全球变暖的贡献很小，但长期预测表明，这种情况可能会改变。正如马纳斯维·林加姆教授所表示的那样：

“目前废热对全球气温上升的贡献很小。然而，如果下个世纪的废热产量继续呈指数增长，那么废热可能会导致温度进一步上升1摄氏度（1.8华氏度），而与化石燃料导致的温室效应增强无关。如果余热的产生在几个世纪内保持指数级增长，我们的研究表明，它最终可能导致地球上全部生命的完全丧失可居住性。”

戴森球是先进文明指数增长所产生的废热的适当例子。弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在他最初的提案论文《寻找人造恒星红外辐射源》（Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation）中指出，对更多宜居空间和能源的需求，最终会推动一个文明创造一个“完全围绕其母星的人造生物圈”。正如他所描述的那样，由于“星光大规模转化为远红外辐射”，这些巨型结构将被红外仪器探测到，这意味着它们将向太空辐射废热。
“我们在论文中探索的加热是任何形式的能量转换的效果，是热力学定律不可避免的效果，”阿梅迪奥·巴尔比补充说，他是该研究的主要作者。“对于今天的地球来说，这种升温只占人为温室效应造成的变暖的微不敷道的一部分。然而，如果全球能源消耗继续以目前的速率增长，这种影响可能在几个世纪内变得明显，可能会影响地球的可居住性。”
为了确定先进文明需要多长时间才能使他们的家园星球变得不适合居住，巴尔比和林加姆基于热力学第二定律（因为它实用于能源生产）制作了理论模型。然后，他们通过思量环绕太阳的可居住带（CHZ），将这一理论应用于行星的可居住性 —— 也就是说，行星的轨道可以接收到足够的太阳辐射，使其表面保持液态水。
“我们接纳了可居住带的计算方法，这是系外行星研究的标准工具。从本质上讲，我们结合了一个额外的热源 —— 源于技术活动 —— 与恒星辐射一起，”巴尔比说。他们思量的另一个关键因素是文明的指数增长率及其能源消耗，正如卡尔达肖夫量表所预测的那样。以人类为模板，我们看到，从1800年到2023年，全球能源消耗率从5653太瓦时（TWh）上升到183230太瓦时。
这一趋势不仅呈指数增长，而且随着时间的推移而加速，类似于同一时期的人口增长（1800年为10亿，2023年为80亿）。巴尔比和林加姆推断了这一趋势，以衡量对可居住性的影响，并确定一旦一个先进文明进入指数增长时期，它的最长命命。最终，他们得出结论，技术圈的最大寿命约为1000年，前提是它们在整个兴趣期内经历约1%的年增长率。


巴尔比说，这些发现对人类和搜寻地外文明（SETI）都有意义：

“我们的研究效果表明，废热的影响不仅对地球的未来，而且对居住在其他恒星周围行星上的任何假想的技术物种的发展都有很大的影响。因此，思量到这一限定可能会影响我们如何在宇宙中寻找技术先进的生命，以及我们如何表明这种搜索的效果。例如，它可能为费米悖论提供部分表明。”

巴尔比和林加姆还强调，这些效果为我们如何避免地球变得不适宜居住提供了一些可能的建议。再一次，这对SETI有影响，因为我们能想到的任何办理方案都可能已经被另一个先进的物种实施了。巴尔比说：

“虽然我们的论文关注的是物理而不是社会挑战的办理方案，但我们设想了一些场景，可以帮助技术物种减轻废热的限定并延迟其发生。一个足够先进的文明可能会使用技术来抵消热量，比如使用恒星屏蔽。”
“或者，他们可以将他们的大部分技术底子设施转移到地球之外的太空中。如许的大型工程项目将对我们寻找技术特征产生重大影响。一个不那么雄心勃勃、但或许更可行的办法是，通过放缓经济增长来减少能源消耗。当然，我们无法预测这些选项中哪一个最合理。”

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来源：https://view.inews.qq.com/k/20240923A05COA00
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