中國FAST望遠鏡將能探測到自我複製的外星探測器

2021年10月15日12:38:03 科學 1850

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在面對費米悖論時,要回答的最具挑戰性的問題之一是,為什麼指數級擴展技術現在還沒有接管整個宇宙。這種自我複製的外星機器人群通常被稱為「馮諾依曼探測器」,這種想法幾十年來一直是科幻小說的主要內容。但到目前為止,還沒有任何證據表明它們存在於科幻小說領域之外。也許,這可能是因為我們沒有花很多時間去尋找它們,而這種情況可能會隨著新的五百米孔徑球面射電望遠鏡 (FAST) 的進一步應用而改變。根據最近的一些計算,這個巨大的新觀測平台可能能夠探測到離太陽相對較遠的「馮諾依曼探測器」群。

這些計算是由喬治亞州第比利斯自由大學的扎扎·奧斯馬諾夫(Zaza Osmanov)博士進行的。結果表明,在 FAST 的焦點所在的無線電光譜帶中,可以看到高度先進文明的「馮諾依曼探測器」群。為了幫助尋找和搜索,奧斯馬諾夫博士使用了兩個框架來限定潛在的解決方案。第一個是卡爾達舍夫(Kardashev)文明的想法;而另一個是,對任何此類群體的熱和電磁輻射分布的估計。

「卡爾達舍夫量表(Kardashev scale)」是科學推測中一個很容易理解的概念。它關注一個文明的總體能源使用,不同的里程碑(I 型、II 型或 III 型)分別與行星、恆星和星系的全部能量輸出的利用相關。目前,人類文明被認為是卡爾達舍夫標準的0.75左右。

但考慮到人類在這顆行星上發展的時間相對有限,如果銀河系其他地方存在生命,它很有可能有更長的時間來進化和發展技術。技術發展時間越長,文明達到K-II(恆星能量)甚至K-III(星系能量)發展水平的可能性就越大。

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上圖:卡爾達舍夫量表的圖形化描述,以及相關的功耗水平。

當一個文明有那麼多時間來研究新技術時,它很可能已經開發出了創造自我複製機器的能力,比如「馮·諾伊曼探測器」,作為技術發展過程的一部分。一旦這隻科技貓被拿出來,就幾乎不可能再把它放回去了。即使有一個文明將它們釋放到銀河系,自我複製者很可能會開始擴展到每一種可用的資源,只專註於自己的繁殖。

不過,根據扎扎·奧斯馬諾夫博士說法,我們至少可以看到任何這樣的毀滅之路。像所有不完美的系統一樣,這些自我複製的機器會發出某種形式的輻射,在經過一些簡化的假設後,奧斯馬諾夫博士計算出,這些輻射應該在無線電頻譜中可見。具體來說,它將正好落在FAST設計用來拾取的光譜的中間。

然而,知道有可能探測到蜂群只有一點點幫助,知道你能在多遠的地方探測到它就更有用了。就像潛在危險的小行星一樣,越早讓我們意識到即將到來的厄運就越好(至少是為了對抗它)。為了計算這些距離,奧斯馬諾夫做了一些更簡化的假設,比如基於卡爾達舍夫文明已經達到的水平,可以預期的最大功率輸出。例如,II型文明的「馮諾伊曼」星團發出的光不會超過其整個能量利用水平。

有了這些額外的假設,奧斯馬諾夫博士發現,FAST有可能探測到II型和III型文明的自我複製機器人群。考慮到FAST儀器的預期靈敏度,它應該能夠在大約1.6萬光年範圍內找到任何 II型文明的星系群,這意味著任何 II型文明探測器都可以在銀河系最近的15%範圍內被看到。另一方面,由 III型文明創造的蜂群,可能在4億光年的範圍中被探測到,這包括了大多數「附近」的星系。

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上圖:假象的馮諾依曼探測器,這是一種能自我複製的探測器(Self-replicating probes),旨在利用任何恆星系統中發現的資源進行自我複製,並探索宇宙。

到目前為止,奧斯馬諾夫博士的論文只發表在arXiv上,似乎還沒有被學術期刊接受,這意味著這些計算還沒有經過同行評審。但是,它們仍然提供了一個有趣的思維實驗,並指出了對一些黑天鵝類事件的潛在檢測機制。

雖然,現在我們知道了FAST能夠在威脅到達地球前提前發現,這確實令人感到欣慰,但問題是如果我們找不到任何危險,會發生什麼?這對我們在宇宙中的位置或自我複製技術的發展又意味著什麼?


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