Jahr 102025: Ein Meteorit von der Größe Plutos nähert sich der Erde. Bevor es die Umlaufbahn des Saturn kreuzen kann, wird es von einer Gruppe von Sonden abgefangen. Im Space Safety Center in Alaska aktiviert Militärpersonal einen Laser. Im Sonnensystem kommt es zu einem plötzlichen Blitz und vom Meteoriten bleibt nichts übrig. Willkommen in der Zukunft einer Zivilisation vom Typ 2, einer Gesellschaft, die in der Lage ist, die gesamte Energie eines Sterns zu kontrollieren und zu nutzen.
Um die zweite Ebene zu erreichen, Kardaschow-Skalamuss die Menschheit lernen, Energie nicht nur aus Quellen auf der Erde zu gewinnen, sondern direkt aus der Sonne. Dabei geht es nicht um gewöhnliche Solarmodule, sondern um eine ganze Megastruktur rund um den Stern: eine Dyson-Sphäre. Science-Fiction? Auf jeden Fall, ja. Zur Zeit. Aber wer weiß, vielleicht ist es im nächsten Jahrtausend ein technologisches Ziel, das für uns erreichbar ist.
Der Traum von der Dyson-Sphäre
Eine Zivilisation Typ 2 Es handelt sich dabei nicht einfach um eine Weiterentwicklung der heutigen Gesellschaft, sondern um einen gigantischen Sprung in unserer Fähigkeit, Energie zu nutzen. Es geht nicht darum, die Effizienz eines Windparks zu verbessern oder mehr Atomkraftwerke zu bauen, sondern darum, die gesamte Sonnenenergie zu nutzen. Das Design, das diese unglaubliche Leistung ermöglichen würde, wurde erstmals von Freeman Dyson, Professor an der Princeton University in 1960.
In modernen Begriffen ausgedrückt ist die Dyson-Sphäre buchstäblich eine riesige Hülle um einen Stern und seine nächsten Planeten.
Eine solche Kugel würde die gesamte Energie des Sterns sammeln und in Elektrizität umwandeln, wobei ein Teil der Wärme als Infrarotstrahlung abgegeben würde. Der Radius dieser Megastruktur erreicht eine astronomische Einheit, also die Entfernung von der Erde zur Sonne, und die Materialdicke beträgt etwa drei Meter.
Was könnte bei einer so massiven Struktur schiefgehen? Eigentlich fast alles. Das erste offensichtliche Problem, mit dem wir konfrontiert würden, wenn wir versuchten, eine Dyson-Sphäre zu bauen, sind die Ressourcen. Tatsächlich werden wir etwa 1,5 × 10^24 Tonnen Material benötigen. Zum Vergleich: Dies ist die Masse des größten Planeten im Sonnensystem, Jupiter. Um eine Dyson-Sphäre zu bauen, müsste die Menschheit also alle erreichbaren Asteroiden verarbeiten und dann mehrere Gesteinsplaneten auseinandernehmen, um die notwendigen Materialien zu erhalten. Und es ist nur der Anfang.
Eine mehr als gigantische Herausforderung
Als ob das gesamte zum Bau benötigte Material nicht ausreichen würde, müsste die Struktur selbst eine perfekte Kugel sein, da sie sonst durch die Schwerkraft der Sonne wie eine Kugel aus Alufolie zusammengeknüllt würde. Zudem sollten die Materialien der Kugel äußerst langlebig sein. Denn auch die Siliziumkarbid fortschrittlichere Materialien, die als zuverlässiger als Graphen gelten, sind für diesen Zweck ungeeignet.
Aber selbst wenn wir diese Megastruktur bauen könnten, wäre sie immer noch sehr instabil. Die Sache ist, dass der Stern im Inneren der Dyson-Sphäre genau zentriert sein muss und wenn beispielsweise ein Meteorit von außen in die Struktur einschlägt und seine Position leicht verändert, beginnt sich die Sphäre in Richtung Sonne zu bewegen und kollabiert.
Bedeutet dies, dass der Bau einer solchen Megastruktur unmöglich ist? Nicht genau.
In Wirklichkeit hat die Menschheit einfach missverstanden Freeman Dyson. Seine Sphäre ist keine feste Struktur, sondern eine Ansammlung kleiner Satelliten, die einen Schwarm um einen Stern bilden. Diese fangen die Sonnenstrahlung ein und senden die Energie per drahtloser Übertragung zur Erde oder einem anderen Empfänger.
Aus diesem Grund sprechen wir von einem „Dyson-Schwarm“ klingt schon realistischer. Natürlich brauchen wir Technologien, die es uns ermöglichen, drahtlose energie, aber eine solche Struktur erfordert viel weniger Material als eine massive Kugel. Darüber hinaus wäre die Stabilität des Schwarms wesentlich höher.
Jenseits der Sphäre: „Dysons“ Alternativen
Wenn Sie glauben, dass das Präfix Dyson nur zur Kugel oder zum Schwarm passt, liegen Sie falsch. Es gibt auch die Dyson-Blase, ein System von Satelliten mit Sonnensegeln, die sich nicht drehen, sondern um einen Stern zu schweben scheinen. Eine weitere Möglichkeit ist die Dyson-Schale, eine Art Sphäre, in der man leben kann. Dann gibt es die Pakros-Muschel o Nivens Ring, die zu Alternativen zur Dyson-Sphäre werden können.
Doch für welche Option sich die Menschheit auch entscheidet, sie wird auf Probleme stoßen. Selbst um einen einzigen Ring oder ein einziges Satellitensystem zu bauen, würde die Menschheit weitaus mehr Ressourcen benötigen, als uns auf der Erde zur Verfügung stehen. Wir werden also keine andere Wahl haben als woanders nach Materialien zu suchen. Und während die Zerstörung mancher Asteroiden unserem System keinen Schaden zufügt, lässt sich das Gleiche von Planeten nicht behaupten.
Wenn wir uns dazu entschließen, zerlege die Venus oder den Mars, um Materialien zu erhaltenwürden wir beispielsweise riskieren, die Umlaufbahn unseres eigenen Planeten zu verändern. Und selbst wenn wir eine vollwertige Dyson-Sphäre bauen würden, würde kein Sonnenlicht die Planeten jenseits der Erdumlaufbahn erreichen. In diesem Fall können wir die Kolonisierung des Mars oder die Erforschung des Pluto definitiv vergessen. Darüber hinaus ist die erste Sonneneruption könnte jede Megastruktur rund um die Sonne teilweise außer Gefecht setzen.
Zivilisationen des Typs 2: Die Herausforderung unbegrenzter Energie
Ich weiß, dass ich es Ihnen schwer mache. Aber es stimmt, davon sind wir noch sehr weit entfernt. Und selbst wenn wir es schaffen würden, hätten wir noch viele Nebenprobleme. Das Wichtigste zuerst: Unser Star erzeugt etwa 4 × 10^26 Joule Energie pro Sekunde. Selbst wenn eine Dyson-Sphäre oder ein Dyson-Schwarm konnte nur 10 % dieses Volumens abfangenwäre es immer noch ein grenzenloser Ozean an Energie.
In nur einer Sekunde würde diese Megastruktur sammeln 40 Billionen Mal mehr Energie, als die Menschheit derzeit an einem Tag verbraucht. Eine Energie, die irgendwie übertragen und gespeichert werden sollte.
Der effektivste Weg wäre Sonnenlicht in Antimaterie umwandeln, (Bis heute wissen wir noch nicht einmal, wie man Antimaterie speichert.) Hypothetisch gibt es mehrere Möglichkeiten. Der erste ist Magnetfeldfallen bauen die verhindern, dass Antimaterie mit Materie in Kontakt kommt. Das Zweite ist Bewahren Sie es in einer extrem kalten Umgebung auf.
Aber keines dieser Lager ist hundertprozentig zuverlässig, wenn es um große Mengen instabiler Antimaterie geht. Und wenn wir es falsch machen, riskieren wir eine Explosion, die viel, viel schlimmer ist als eine nukleare Explosion. Denn wenn Antimaterie und Materie aufeinandertreffen, vernichten sie sich gegenseitig und setzen dabei enorme Energiemengen frei.
Fazit: Aus der Sicht eines Menschen im Jahr 2025 kann bei der Dyson-Sphäre ALLES schiefgehen, und zwar buchstäblich bei jedem Schritt, vom Design über die Herstellung bis hin zur anschließenden Energiespeicherung.
Das tägliche Leben in einer Zivilisation vom Typ 2
Stellen wir uns vor, dass die Menschheit, wenn sie sich zu einer Zivilisation des Typs 2 entwickelt, die Physik viel besser versteht und in der Lage ist, eine unendliche Energiequelle zu schaffen. Werden unsere Probleme dort enden? Hoffen wir es. Aber wofür wird diese Zivilisation vom Typ 2 so viel Energie aufwenden? Zum Beispiel bei der Entwicklung aller Planeten, Satelliten und anderer Objekte im Sonnensystem.
Die Menschheit wird in der Lage sein, im Kuipergürtel Mineralien abzubauen, auf dem Jupiter Wasserstoff zu gewinnen oder auf Phobos Avocados anzubauen. Und mehr noch: Mit fortschrittlichen Hydrokulturtechnologien könnten wir den Mars und seine Monde in riesige automatisierte Farmen verwandeln.
Neue Materialien wie die Graphen, das Aerogel und wer weiß, was sich noch weiter verbreiten wird als Plastik, das es heute ist. Mit ihrer Hilfe wird die Menschheit in der Lage sein, fortschrittlichere Raumanzüge zu entwickeln, die besser vor Strahlung, extremen Temperaturen und Sonnenwind schützen. Darüber hinaus könnten diese Materialien in der Medizin eingesetzt werden. Die Menschheit wird Brüche und Knochenprobleme für immer vergessen, weil wir mit diesen Materialien das Skelett stärken können.
Oltre ein Ciò, Genbearbeitung es wird sehr verbreitet sein. Wir werden unsere Hautfarbe oder unsere Größe ändern können. Das Interessanteste ist, dass diese Typ-2-Zivilisation höchstwahrscheinlich nicht über Computer, Smartphones und ähnliche Geräte verfügen wird, die wir gewohnt sind. Sie werden durch biologische Pflanzen ersetzt, die sogar neue Technologien wie Gehirn-Computer-Schnittstellen.
Eine (relative) Sicherheit
Wenn die Menschheit sich zu einer Zivilisation des Typs 2 entwickelt, werden uns Bedrohungen aus dem Weltraum, beispielsweise durch riesige Asteroiden, keine Sorgen mehr bereiten. In der Tat: Jeder Meteorit, der auf uns zufliegt von Oortsche Wolke oder aus dem interstellaren Raum wird eine potenzielle Quelle neuer Ressourcen sein. Sollte das Objekt jedoch eine direkte Bedrohung für die Erde darstellen, verfügt die Menschheit bereits über eine wirksame Waffe, die es innerhalb von Sekunden zerstören kann.
Ich stelle ihn mir als eine Art „Todesstern“ vor: einen kugelförmigen Satelliten, der die Erde mit einem Durchmesser von etwa 160 km umkreist. Darin wird sich ein Tank mit Antimaterie befinden, und wenn die Erde die Annäherung eines gefährlichen Asteroiden erkennt, wird der „Todesstern“ einen Strahl aus Antimaterie abfeuern, um ihn zu zerstören.
Um ein Weltraumobjekt zu zerstören, genügt es, eine Kraft anzuwenden, die geringfügig größer ist als die Schwerkraft, die das Objekt zusammenhält. Dazu muss die Masse der herausgeschleuderten Antimaterie etwa 200 Millionstel der Masse des Meteoriten betragen. Der Asteroid Apophis beispielsweise, der der Erde schon mehrmals extrem nahe gekommen ist, hat eine Masse von rund 27 Milliarden Kilogramm. Um es zu zerstören, wären weniger als 5,4 kg Antimaterie nötig.
Die existenziellen Risiken der Supertechnologien
Ich frage mich: Wäre es mit Hilfe eines solchen Todessterns möglich, jede Bedrohung zu vernichten … oder sich gegenseitig zu vernichten? Wird es in der Zivilisation des Typs 2 übrigens immer noch eine gewisse Aufteilung in Länder geben, auch wenn diese sich deutlich von der modernen unterscheiden wird? Wer weiß: Vielleicht versuchen wir es uns ein anderes Mal vorzustellen.
Darüber hinaus käme die größte Gefahr für die Menschheit nicht einmal von innen, sondern von außen. Zum Beispiel von Vertretern einer anderen, vielleicht sogar feindseligen außerirdischen Zivilisation.
Wenn sie ankommen im Sonnensystem würde dies bedeuten, dass sie wahrscheinlich bereits die nächste Stufe auf der Kardaschow-Skala erreicht haben, die dritte. Dann eröffnen sich Möglichkeiten für interstellare Reisen. Eine solche Zivilisation gewinnt ihre Energie nicht mehr nur aus ihrem eigenen Stern, sondern aus Quellen in der gesamten Galaxie. Und wenn er sich als aggressiv erweist, wird unser „Todesstern“ aussehen wie ein Kind mit einer Wasserpistole gegen einen Tsunami. Besser, man versteckt sich.
Das eigentliche Problem einer Zivilisation vom Typ 2: galaktische Unsichtbarkeit
Es scheint offensichtlich, dass eine der ersten Aufgaben einer Zivilisation vom Typ 2 darin besteht, ihre Existenz nicht preiszugeben. Und das ist nahezu unmöglich, und das alles wegen der Dyson-Sphäre. Tatsache ist, dass jede Megastruktur um die Sonne, sei es eine Kugel, ein Schwarm, eine Blase oder ein Ring, einen Teil der gesammelten Energie als Infrarotstrahlung abgibt. Und es ist diese Strahlung, die uns für außerirdische Zivilisationen gut sichtbar macht.
Unsere Wissenschaftler untersuchen bereits die Quellen der Infrarotstrahlung und versuchen, im Universum Spuren von Zivilisationen des Typs 2 zu finden. in 2015, Jason Wright der Universität von Pennsylvania, im Rahmen des G-HAT-Projektes, untersuchte 100.000 Galaxien im Infrarotbereich und fand nicht eine einzige Spur fortgeschrittener Zivilisationen. Bedeutet dies, dass es in all diesen Galaxien keine intelligenten Lebewesen gibt? Höchstwahrscheinlich nicht, im Gegenteil, sie existieren, aber aus irgendeinem Grund verstecken sie sich vor außerirdischen Forschern.
Frag den Staub
Was wäre, wenn der Staub ein Beweis für eine hochentwickelte Zivilisation wäre? In diesem Fall Brian Lacki, ein Forscher an der University of California, glaubt, dass fortgeschrittene Zivilisationen noch immer problemlos die Energie eines einzelnen Sterns oder sogar einer ganzen Galaxie gewinnen könnten. Und eine Art Alternative zum Dyson-Schwarm, der intelligenter Staub, „Smart Dust“, unterstützt sie dabei.
Laut Lacki handelt es sich um eine Ansammlung von Nanobot selbstreplizierende Strukturen, die wie die Megastrukturen, von denen wir gesprochen haben, Energie um Sterne, Nebel und andere Quellen sammeln. Ein solcher Staub würde wesentlich effizienter funktionieren als die Dyson-Sphäre, da er nicht zentralisiert wäre und Kolonien in verschiedenen Teilen der Galaxie mit Energie versorgen könnte. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn es um die Entdeckung interstellarer Reisen geht und man „Ladepunkte“ in weit entfernten Sternensystemen benötigt.
Kosmische Flucht: Die Sternenmaschinen
Selbst wenn die Menschheit in der Lage wäre, intelligenten Staub auf der Stufe einer Zivilisation des Typs 2 zu entwickeln, würde uns das kaum helfen, unbemerkt zu bleiben. Und wenn sich ein Geschwader von Schiffen einer feindlichen Zivilisation auf die Erde zubewegen würde, bliebe uns nur eines übrig: wegzurennen. Allerdings müssten wir das gesamte Sonnensystem mitnehmen.
Die Dyson-Sphäre ist nicht die einzige Megastruktur, die wir in Zukunft bauen können. Eine weitere wertvolle Erfindung für uns wird die Sternmaschine. Mit seiner Hilfe würden wir die Sonne und alle Planeten dazu bringen, sich entlang einer vorgegebenen Flugbahn zu bewegen. Aber wie können wir einen ganzen Stern bewegen? Es gibt tatsächlich mehrere Möglichkeiten.
Die erste ist die Shkadov-Motor, benannt nach seinem Entwickler, dem sowjetischen Ingenieur Leonid Schkadow. Ein solcher Sternenantrieb ist denkbar einfach: Er besteht aus einem riesigen Spiegel, der die Sonne umkreist, eine Art Sonnensegel. Diese Megastruktur sollte statisch sein, das heißt, sie rotieren nicht um den Stern, sondern hängen an einer Stelle. Dadurch wird die Sonneneinstrahlung asymmetrisch und auf der dem Segel gegenüberliegenden Seite stärker. Dadurch würde der Schub entstehen, der unsere Sonne zwingt, sich in Richtung des Segels zu bewegen. Gleichzeitig würden sich Planeten und andere Objekte in unserem Sonnensystem zusammen mit dem Stern bewegen.
Gegen Unendlichkeit: Unser kosmisches Schicksal
Könnten wir unseren aggressiven Nachbarn mithilfe des Shkadov-Triebwerks entkommen? Wenn das Segel selbst genau die Hälfte der Sonnenenergie reflektiert, erzeugt es eine Schubkraft von etwa 128 × 10^16 Newton. Es ist beeindruckend, aber es wird uns nicht helfen. Tut mir leid, nur schlechte Nachrichten. Tatsache ist, dass das Sonnensystem mit diesem Schub erreichen kann eine Geschwindigkeit von 20 m pro Sekunde in etwa einer Million Jahren. Und in dieser Zeit legen wir eine Distanz von nur 300 Lichtjahren zurück. In nur einer Milliarde Jahren wird unsere Geschwindigkeit auf 20 km/s ansteigen und wir werden in dieser Zeit etwa ein Drittel der Milchstraße zurückgelegt haben, also 1 Lichtjahre. Es scheint, dass die Menschheit bei diesem Tempo nirgendwohin entkommen kann.
Glücklicherweise ist die Fahrt nach Shkadov nicht unsere einzige Option. Der Astronom Matthew Caplan von der University of Illinois hat vorgeschlagen, Sonnenplasma zu nutzen, um die Sonne in eine bestimmte Richtung zu drücken. A Caplan-Triebwerk es ist in der Tat Ein riesiges Düsentriebwerk, das neben einem Stern platziert würde und pro Sekunde etwa 1.000 kg seines Plasmas verbrauchen würde. Ich habe einen Science-Fiction-Film gesehen, ich glaube einen chinesischen, in dem es so etwas gab. Die gesamte Struktur würde sich ständig in Richtung Sonne bewegen und von der gegenüberliegenden Seite des Sterns einen Plasmastrahl und von der anderen Seite einen Strahl aus Sauerstoffisotopen aussenden. Auf diese Weise würde der Motor die Sonne buchstäblich vor sich her schieben.
Und diese Methode ist viel effizienter als Shkadovs Segel. Das Caplan-Triebwerk würde es der Sonne ermöglichen, in nur 200 Millionen Jahren eine Geschwindigkeit von 5 km/s zu erreichen. In 1 Million Jahren werden wir also eine Distanz von über 30 Lichtjahren zurücklegen können. Dies bedeutet, dass wir in 130.000 Jahren am nächstgelegenen Stern unseres Sonnensystems, Proxima Centauri, vorbeikommen würden.
Aber wir könnten noch schneller vorankommen. Alexander Svoronos der Yale University hat vorgeschlagen, die Shkadov- und Caplan-Triebwerke in einer einzigen Megastruktur zu kombinieren, Der Sternenschlepper von Svoronos. Wie Sie sehen, sind wir Zeugen eines wahren Kampfes zwischen Wissenschaftlern, bei dem es darum geht, wer die größte Lüge erzählen kann.
Svoronos schlägt vor, anstelle von Shkadovs Segel einen solarbetriebenen Motor einzubauen. Somit würde es buchstäblich die Funktion eines Schleppers übernehmen, der den Stern hinter sich herzieht. Theoretisch der Sternschlepper von Svoronos Es wäre in der Lage, die Sonne auf bis zu 27 % der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Das sind knapp über 880.000 km/Sekunde. Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, müsste der Motor allerdings so viel Treibstoff verbrauchen, dass sich die Sonne in einen Braunen Zwerg verwandeln würde. Kurz gesagt, die Menschheit wäre in der Lage, den Schiffen der Zivilisation des Typs 3 zu entkommen, doch zu welchem Preis?
Zivilisation Typ 2: Die „Copperfield“-Option
Auf jeden Fall haben wir noch eine Möglichkeit, dieser schrecklichen Realität zu entkommen: buchstäblich zu verschwinden. Wie die Tricks von David Copperfield. Erinnern Sie sich, dass ich Ihnen vom intelligenten Staub erzählt habe, der eine Dyson-Sphäre oder einen Dyson-Schwarm ersetzen könnte? Jedes dieser winzigen, Nanoelektronik enthaltenden Staubteilchen könnte sich mit anderen verbinden und ein Netzwerk bilden. Der Wissenschaftler Seth Schostakow des SETI-Instituts und des Astronomer Royal Martin Rees Sie glauben, dass eine fortgeschrittene Zivilisation ihr Bewusstsein in ein solches Netzwerk hochladen könnte. Wenn die Menschheit Erfolg hätte, würden wir gleichzeitig in allen Winkeln der Milchstraße existieren und unsere Galaxie würde buchstäblich zum Leben erwachen.
Und wären Sie bereit, sich in ein winziges Staubkorn aus dem Kosmos einzuhüllen? Ich überlasse Ihnen diese Frage und gebe Ihnen die nötige Zeit, um eine Antwort zu finden.
