流浪家园：如何打造太空方舟？

索理客

http://songshuhui.net/archives/55660


每个文明都是离家出走的孩子

我时常想，假如站在地球、站在全部生命的立场上，人类到底给地球带来了什么好处。想来想去只有一条：假如有一天太阳爆炸了（或者变成红巨星），没有人类的话地球直接死定，只有人类才可能给地球带来一线生机……所以假如我是女娲、盖亚或者Xel'Naga（萨尔那加，游戏《星际争霸》中的神秘种族，创造了神族和虫族），造人类出来只有一个目的：滚出地球去！

若以此为前提的话，那么人类的太空生存就必须是长期的、稳定的且不依赖于地球或者任何一颗特定的行星。实现这一目的有两种思路：开放体系、封闭体系。（孤立体系没有讨论的必要了吧。）

封闭体系


[封闭体系中的缩微地球]

所谓封闭体系，就是和外界只有能量交流，没有物质交流。我们运气很好，地球自己几乎就是一个现成的封闭体系，所以只需做一个缩小版的地球就可以了……

但是这个“只需”二字还真是轻描淡写啊。要打造一个缩小版的地球其实是不可能的，因为会遭遇万恶的尺度问题。

现实中的地球并不是仅有生物圈这么一个薄薄的壳层，地球的每一个成分都是至关重要的。这里只举一个例子：大家平常大概会很痛恨板块运动，没有板块运动的话火山地震这些自然灾害就会基本消失，多好啊！可是长远来看，板块运动却对地球的碳循环至关重要；而一个迷你地球却无法有效地维持这样的运动。

我们知道，硅酸岩的化学风化过程，是空气中的二氧化碳溶解了硅酸钙等物质，变成水溶性的碳酸氢根离子和硅酸；而这些离子流入大海之后由于离子浓度和pH值的变化，大部分会变成不溶的碳酸钙和二氧化硅，沉积在海底。全过程相当于空气中的二氧化碳被变成了海底的石灰岩，而这些石灰岩正常情况下是永远不能得见天日的。这个过程很慢，对减少人类几十年内的碳排放量没有多大帮助，然而放任它继续下去的话，只需一万年就可以耗尽现在空气中所有的二氧化碳，再过三十万年连海洋里溶解的二氧化碳也可以吃光，到时候绿色植物就完全无法生存了，更别提动物了。

不过地球已经存活了四十多亿年了，哪怕从绿色植物登陆算起也有四亿多年，好像一切都安然无恙啊，没听说出现过二氧化碳耗竭的事故。原因就在于板块运动：火山可以直接释放出大量的二氧化碳，岩浆的变质作用也可以使石灰岩成分改变，把二氧化碳还给大气。这几种力量的均衡维系了地球上碳的长期循环。不夸张地说，没有板块运动，地球就不会有生命。一般人只熟悉生物圈光合作用和呼吸作用形成的短期碳循环，现在人类使用化石燃料干扰的其实也是短期。但是太空生存嘛，怎么说也得以子子孙孙无穷匮也为目标吧……必须考虑到长期的影响。

遗憾的是，板块运动的根本动力来自于灼热的地幔，而地幔的运动是严重受到尺度影响的，不能随意放大缩小。且不讨论那些复杂的流体力学计算，光是最简单的一点就够麻烦了：如何维持地幔的温度。在这里无情的平方-立方定律又一次发威了：一个球的半径如果减半，那么表面积缩小到四分之一，可是体积却要缩到八分之一。既然热容量和体积成正比，那就意味着降温的速度是原来的两倍。（考虑到地幔对流因素的话，可能不是精确的两倍；但无论如何降温速度会变快的。）

我们的老邻居月球和地球几乎形成于同一时间，它的半径是地球的四分之一还多，可是现在已经冷成一块大石头，完全没了地质运动，磁场也几乎消失（只有表面的岩石存留一些磁性，没有类似地球的磁极），更不要说火山和岩浆了。人类应该不太可能造出一个月球那么大小的迷你地球，那么冷却速度就会更快。而这仅仅是一个例子而已，真正的问题远不止这一条。


[“生物圈二号”结构图]


[“生物圈二号”实物图]

解决方法倒也不是没有：抛开地球的模板，另起炉灶，从头构建一个生物圈——就像美国人做的“生物圈二号”那样。不过生物圈二号可悲地失败了……显然人类现在根本没有能力去事无巨细地“管理”一个生态系统；而不管理的话，这个山寨版生态圈很可能自发地演变到别的状态——一个让里面的生物依然繁盛、但不再适合人类居住的状态。也许我们可以向太空中发射一些这样的生态种子，但是没有人来掌管的话我觉得它们基本没有成功的可能。

但哪怕不考虑人的问题，小生态圈依然有一个致命的问题：太小（废话！）。岛屿生物地理学早有结论，越小的岛屿上生物灭绝的可能性越大，其中重要的原因是小岛上支持不了太多的生物个体，很容易因偶然因素而导致绝灭。一个由几只麻雀组成的种群很可能死得不明不白纯属偶然，比如传染病、被气枪打下来或者是撞到飞机上；但是全国的麻雀不可能同时出现意外事故。而一个物种一旦绝灭，就没法死里复活了。反过来说，越小的岛屿上，新物种形成的可能性也就越小，因为没有那么多遗传多样性，也没有那么多新生态位。总体而言，物种多样性是入不敷出的，难得长远。

也许将来自动化技术和生态学知识发达的时候，人类可以通过全方位调节来保证生态系统的稳定性，甚至完全抛弃自然生态系统，一切物质循环都由机器来完成。可惜目前咱们还做不到啊。假如世界末日现在降临，人类是造不出一个能用的封闭体系的。

开放体系


[利用恒星资源的“戴森球”的一种]

要维持一个开放的体系就容易得多了，因为不用担心物质回收的问题。现实中最典型的大规模开放体系就是城市了：每天城市都要吞入大量的食物、水、空气，吐出大量的各种废弃物与污染物，但是它依然活得好好的，因为有周边的乡村地带作为它的缓冲。而在太空中，要维持大刘笔下《吞食者》那样的体系，也远比构建一个封闭可自持的生态圈要简单。

开放体系当然是不怎么道德的，有点像海盗那样一路航行一路抢，不过既然宇宙本身已经是黑暗森林了，恐怕也顾不上道德；本来道德就是以生存为前提的。真正的麻烦在于这种方式能否真正地养活自己。

假设我们的宇宙海盗科技较弱，没有可自持的工农业，必须依靠不断掠夺其它的文明来养活自己，如同吞食者文明那样，那么情况就不是很乐观。1961年，加州大学的德雷克提出了著名的德雷克方程，又名“绿岸方程”，用来推算银河系中的文明数目。按照他当初计算使用的参数，全银河系大概也只有10个文明，这样是几乎不可能“可持续发展”的。也许其它星系会好一些，但是很难想象就靠这10个文明能积累出足以跨星系旅行的物质基础，正如在近海开单桅帆船小打小闹的小海盗攒不起钱来驶向新大陆一样。当然，如果找到了能用的虫洞或者发明了空间跃迁那又是另一回事了。

更靠谱的可能性是：不依赖于具体文明，而尽量靠星际物质求得生存。已知的地外行星大约有百分之一含有水或水蒸气或冰，这比起有文明的星球来说概率大得多。假如这类“基本物质”能够找到充足来源，那么我们的海盗只需要自备全套工农业生产体系就可以，不用带上整个生物圈。但是这么做的风险是，依然难以保证掠夺的稳定性。

航行到汪洋大海之中却断水断粮是最可怕的事情，而假如一个太空海盗没有母港，可以说迟早会遇到这种事件。别的不说，农业产生的甲烷就是大麻烦：目前全世界的牛每年产生约五万吨甲烷，自然情况下大部分甲烷是和对流层里的羟基自由基反应从而消耗掉，但只有工农业、没有全套生态系统的宇宙飞船根本没有对流层，这些甲烷也就难以处理。所以，虽然名义上是开放体系，但是依然不能像城市那样放肆，起码要具备一个小规模的生态圈和足够强的物质循环能力（不过不需要百分之百回收）。

多体系平衡(恒星系内部基地和舰队)


[分布式群体网络舰群]

不管是封闭体系、开放体系还是有一定自我维持能力的“半开放体系”，都有一个老问题：对极端风险的抵抗能力太低。太空冷酷而凶险，各种五花八门的意外事故从黑洞到小行星群到超新星爆发，层出不穷，没有任何一艘飞船敢于宣称自己永不沉没。而一旦体系崩溃，就没有恢复的机会了。把鸡蛋放在同一个篮子里，迟早会一起打碎。

但是简单地增加篮子的数量也不是好办法。毕竟上面说过，越小的体系越不稳定，越容易出危险；而假如每艘飞船都是相互独立，不相往来的话，对形势的帮助也不很大。个人以为，要想万世长存，最佳的情况是大量的小飞船形成一个分布式群体网络。

其实人类历史上也没有几个群体长盛不衰的，风水轮流转，只要一个群体存在时间足够长，肯定会倒霉。但是如果有足够多的有差异的群体，你方唱罢我登场，而且群体之间存在紧密联系，失败的可能性就会大大降低。哥伦布在葡萄牙碰了钉子还可以去找西班牙王室，郑和要是没了皇帝资助就完全抓瞎，区别即在此。不过要想让小飞船有效地联络，它们的距离就不能太远；而距离过近的话又会出现资源竞争。最理想的情况是，在掠夺资源时并不竭泽而渔，使得被一艘飞船掠夺过的行星，隔一段时间下一艘飞船到来时依然有价值。（比如，可以在掠夺二氧化碳和水的同时把飞船上的甲烷就地排放在行星上，利用行星自身大气层完成物质循环。）

假如这幅图景真的能够实现，那么我们就从宇宙海盗变身为宇宙游牧民：驾驶着一群群飞船，在行星群之间穿梭往来，收割资源，同时把废料排放在行星上待其自然循环。但是，为了防止公地悲剧，这对庞大的飞船群管理也提出了很高的要求：要保证把足够的物质回馈给行星，要保证排放的废料不会引发行星本身大气结构剧变（比如显然不能把氧气大规模排放到还原性大气中），要保证不把持续危害性的物质（比如长半衰期的核废料）大规模排放到行星上，要保证不对某几颗行星过度掠夺。这需要游牧民之间存在极强的相互监管体系和惩罚机制，甚至可能需要一套全新的宇宙道德。

这应该是最可持续也最安全的太空生存方式，不依赖于任何一艘船，不依赖于任何一颗具体的行星，不惧怕任何局部性的突发事件，唯一依赖的只有我们自己对人类社会的掌控能力。我只希望，到那时人类会比现在更聪明，更有自控力。其实大刘的想法很对，决定宇宙图景的未必是物理学，很可能是社会学。

黑皮摔锅

科幻电影里有！！！！！！！你不会是看多电影了吧？？？？？？

wenguoyong

我估计不会有那一天的到来，人类的本性是贪婪的，好战的，自私的，从而注定了不会是地球上的终级生物；想要发展出现高级的文明，进入星际时代，最重要的是时间，而人类的发展是不可持续的，这种发展注定是短暂的，与发展出高级文明所需要的时间相比明显不够，除非人类进化出具有蚂蚁，蜜蜂那样的群体意识，可以为了种族的利益而牺牲任何的个体，这种牺牲是不需要思考然后做出，天生固有的本性，对任何一个个体而言，种族的生存高于一切；那样才能赢得足够的时间，发展出更高一级的文明；不要指望NASA能够研究出更新的科技把人类带入星际时代，亦不要指望能通过人类自身的努力解决全球污染问题，包括NASA在内，这些能给人类带来希望的团体存在的真正意义只不过是解决了更多人的就业问题；因为在我看来，人类的本质和病毒没有两样。观点有点偏颇，不要求所有人都认同，只代表偶的一家之言。

emergency

不知道哪个世纪才能实现了

太空迷

那时人类都S光了。。。

gohomeman1

看完了，但觉得没有什么新内容。

话说组成舰队去宇宙太空，怎么看怎么像copy了过去的哥伦布舰队？而且整篇文章的逻辑也就是海盗文化，实在不算什么高级文明的作为。

另外，就算是船团什么的，貌似日本动漫的《超时空要塞》，早已设想得很周到了吧！这个人家可能要来争夺创意权呢……

gohomeman1

我怎么感觉本文不适宜用于宇宙航行，只能适应太阳系的航行。

整体的思路，也比楼主自己的那个创意的境界差了一大截。

wandazui

我估计不会有那一天的到来，人类的本性是贪婪的，好战的，自私的，从而注定了不会是地球上的终级生物；想要 ...
wenguoyong 发表于 2011-8-21 20:16

                               
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  有个问题：

  已知最早的蚂蚁是在白垩纪出现的，具体时间尚不确定，但距今也有6500万年；目前已知最早的蜜蜂是在白垩纪早期出现的，距今1亿3千万年，蜜蜂和蚂蚁具备了群体意识，并且比人类早出现几千万年，可是为什么这么长的时间过去了，它们尚且没有发展成占据地球的高等物种，遑论宇宙文明？

  此外，蜜蜂的某些行为，也与您说的“种族生存高于一切”不尽一致。蜜蜂中一种常见的现象是：当有多个新蜂后同时被培育时，第一个羽化出的新蜂后会主动杀死其他尚未羽化的蜂后蛹。但是，从种族生存的角度，种族个体数量越多，越能保证种族的生存。而蜂后是一个蜜蜂种群不可或缺的核心。因此，从种族生存的角度，所有新蜂后都应当顺利羽化，再带领部分工蜂去开拓新的生存空间。然而这些未羽化的蜂后都被杀死了，它们的确是被牺牲了，但是这并不能看做是为——种族——生存做出了贡献。

  我认为，任何生物种群都具有自身的发展特点，简单地说A种群的B特点比C种群的D特点更适合发展是片面的。

wenguoyong

有个问题：

  已知最早的蚂蚁是在白垩纪出现的，具体时间尚不确定，但距今也有6500万年；目前已知最早 ...
wandazui 发表于 2011-8-22 08:42

                               
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    第一：我并不是说蜜蜂蚂蚁就会进化出高级文明，我是指人类的大脑再加上它们的这种集体特信才有可能发展出高级文明，人类的发展目前的确是遇到了瓶颈这个不可否认，资源即将枯竭，我们还在大肆让费，还在战争，夺取大自然；所谓的环保人士口中叫喊着降低碳排放，可是自己还开着汽车，这些秀只不过是他们为了生存或者取得名誉而作出的手段罢了，如果有一个选择题如下：第一自己创造集累财富（花费长时间和劳动），第二夺取财富（你和敌人实力悬殊），我相信大家的第一选择会是第二个，这就是本性，兴许那天地球上只有一个民族了，那还可能会有一点希望。上世纪美苏大力发展航空航天，包括阿波罗计划，其目的并不是拓展人类的视野与生存空间，而只不过是冷战的产物。
   关于蜜蜂和蚂蚁，他们是在特定的季节（开花季节，实物繁多）的时候就会孵化出更多的蚁后，另立门户，扩大种族生存的希望；由于实物繁多，保证了成功率，不失为了种高效率，而其它季节，他们不从事分化的工作，为保证集体意识的唯一，一个窠只能保有一个后，这很好理解。在蚁窠遇到攻击的时候，任何兵蚁都会杀在最前，那怕是一敌万，都不会退缩，这些是他们天生写入基因的，不用思考而作出的第一反映，如果人类那一天真的有这种意识，种群生存放在第一位，完全那放弃或改变现有的生活方式。才能为人类争取到更多的时间。高级文明指日可待。

wenguoyong

回复 10# wandazui


    蜜蜂和蚂蚁都是古老昆虫，他们的历史都相当悠久，但他们的个体能力都是相当的眇小，比他们强大百倍的生物都相继作古，这远远不是偶然，
    还有许多的科幻片中，把很多高级文明都描述为虫族一类，我想编剧及导演也并不是天马行空，也应该有这方面的考量。

yuansoul

昆虫在生命树中等级不算高，哺乳动物比较高，所以昆虫类容易受到温度限制，因此不会有高级智慧

wenguoyong

基因就好比是密码钥匙，有A，B，C，D......特性,而宇宙深处的奥秘就是一把锁.
上帝通过一系列的法则(生物进化论等等)进化出了具有A特性的生物,结果开不了这把锁,失败
又进化出了B特性....失败
然后是C
.....
然后是A,B,C,.....
这当中最重要的是时间,然而上帝有的是时间
可能人类不具有全部的特性,但我相信已经接近了
在宇宙深处会有已经打开这把锁的文明了么?
我相信有,因为宇宙巨大无比,有一个无比巨大的基数.

wenguoyong

人类是不是宇宙中的唯一?
证明如下:
     因为:世界上没有任何一个独一无二的东西,
     所以:人类或者地球也不会是唯一.

阔少爷

回复 1# sonic5188


    只有最后一段有思考价值，前面的内容都是为最后这一段做解释吧？先想到结果然后为结果预演过程。这结果很有可能，但过程写的像科幻小说，太假，太脱离科学了！

阔少爷

回复 3# wenguoyong


    那你又如何解释有的人为别人牺牲生命的现象呢？我觉得人类是完全可以做到无畏生死的，尤其是为了族群。
我认为人类的本性就是完美的，因人类也是宇宙物质生成的，甚至是宇宙物质的最终表现，所以人类思想也必然具有物质的性质，思想之间希望交流像万有引力，思想的明与暗，正与邪两个极端像电磁力的正负极。完美的物质怎能进化出不完美的东西？现在的黑暗是因为光明刚刚过去，因为光明过后就是黑暗，绝对的不黑不明是不稳定的，是短暂的，对光明和黑暗来说它并不存在。所以物质本身就是各种力平衡的表现，人类就是各种问题共存的矛盾体，本质还是物质。
除非物质的存在是错误的，像相对论的引力，物质贪婪的吸取着时空。没有物质的时空应该是平直和平的，谁让物质存在呢？谁又让人类存在呢？
要是物质的万有引力造成的黑洞叫毁灭宇宙，那么的确可以说人类在自我毁灭的途中。
呵呵呵呵！胡说八道，交流交流！

wenguoyong

回复 17# 阔少爷


    人类的社会就是以金钱利益维系起来的，因此其中的任何个体都逃不脱这个系统，当然我不入地狱谁入地狱也有，但那只是极其个别，所以他们上电视，称为新闻，人类社会是大众创造的，仅靠个别人是无法创造历史的，黑暗与光明那段我也甚是赞同，任何事物都是在变化的发展的，但我觉得以目前的情况看，人类绝不会是地球最后的主宰，任何事物都会有新旧交替，个体也是这样，种族亦是，没有完美的生物，只有适应环境的才是最长久的，而人类恰恰自我膨大，以为科技能解决一切，但近百年来，科技带来了什么大家有目共睹，是环境破坏，资源枯竭，是舒适的生活带来的不顾一切的欲望，时间是有限的，希望是渺茫的。
纪录片《家园》中有句话我觉得经典：不要计较你失去了什么，而应该关注你还拥有什么，我非常赞同这句话，我也不是在标榜什么，但我一样脱离不了这个社会，我也每天依然制造着生活垃圾，开着空调，开着汽车[目前没有，有钱就会买]，这就是真正问题的所在。

wandazui

回复  阔少爷


    人类的社会就是以金钱利益维系起来的，因此其中的任何个体都逃不脱这个系统，当然我不 ...
wenguoyong 发表于 2011-8-22 13:12

                               
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    任何生物，或者说低熵体，为了维持自身的有秩序，就必须从外界获取能量，并导致外界的熵增。这是热力学第二定律的必然推论。

    所以如果要想达到您说的高等文明，任何物种都得消耗非常可观的能量和物质来发展，物种自身的社会和道德属性不会对能源和物质的绝对消耗量产生任何实质影响。哪怕像您说
的，人类具有蜜蜂蚂蚁的思维，全部都能够为了集体利益牺牲个体利益，把航天飞机送上太空需要的能量也不会比现在的人类少哪怕1焦耳。要想完全不破坏环境不消耗资源，那是根本
不可能的事情，原始社会的刀耕火种同样会破坏环境。

胡杨武

楼主还是不要想了，最好的家园就是地球