人類の文明を向上させるエネルギーはどこから来るのでしょうか?ダイソン球を構築する必要がありますか?

この記事はネットユーザーからの質問に答えたもので、スクリーンショットをご覧ください:

まず、ダイソン球とは何かを理解しましょう。

ダイソン球理論は、かつてアインシュタインの助手を務めたアメリカの物理学者・数学者であるフリーマン・ダイソンによって創始された理論です。彼は、エネルギーがあらゆる宇宙文明の発展において最も重要な触媒であると信じています。技術文明が一定の段階まで発展すると、母なる惑星のエネルギーだけに頼って文明を発展させることはできなくなります。現時点では、恒星エネルギーの抽出を最大限にすることによってのみ、文明のレベルを継続的に向上させることができます。

簡単に言えば、文明が依存する星々を包む巨大な球殻を建造し、星の放射エネルギーのすべてまたは大部分を収集し、宇宙で無駄にされることを防ぐことです。この方法でのみ、文明の向上に必要なエネルギーを得ることができます。後に、人々は太陽を包むこの球体をダイソン球と呼びました。

この理論は、旧ソ連の科学者カルダシェフが提唱した三段階宇宙文明の理論を反映している。彼は宇宙文明を3つのレベルに分け、これらの文明のレベルを測る指標は、文明が制御し消費できるエネルギーである。レベル1の文明が制御し利用できる総エネルギーは、恒星から親惑星に放射される総エネルギーに達しなければならない。レベル 2 の文明が制御および利用できる総エネルギーは、親星から放射される総エネルギーに達する必要があります。レベル 3 の文明が制御および利用できる総エネルギーは、その文明自身の親銀河の総放射エネルギーに達する必要があります。

このことから、三階層文明理論は、異なる階層の文明が制御および利用するエネルギーの総量を示す動的な指標であり、異なる星系に対する要件も異なることがわかります。地球上の人類文明に当てはめると、文明のさまざまなレベルでエネルギーを制御し利用する能力は、太陽放射エネルギーと天の川放射エネルギーに相当します。

太陽放射の総エネルギーは約 4*10^26 J/s (4 x 10の26乗ジュール/秒) です。これらのエネルギーは宇宙に継続的に放射されており、地球が受け取ることができるエネルギーはその22億分の1、つまり約1.8*10^17 J/sにすぎません。天の川銀河の総放射エネルギーは太陽の約1000億倍、つまり4*10^37 J/sです。

したがって、人類が宇宙文明の第一レベルに到達するためには、地球に到達する太陽​​放射線と同等の総エネルギーを制御し、利用することができなければなりません。文明の第 2 レベルに到達するには、太陽の放射線と同等の総エネルギーを制御し、利用できる必要があります。第三レベルの文明に到達するには、天の川銀河全体に相当する総放射エネルギーを制御し、活用できなければなりません。

人類文明の現状とその向上のためのエネルギー源は何でしょうか?

科学者たちは、人類が現在制御し、利用できるエネルギーの総量に基づいて、現在人類が使用しているエネルギーの総量は約 2*10^13J/s であり、文明のレベルはわずか 0.73 レベルに達していると計算しました。文明の第一レベルに到達するには、消費と使用を既存の基盤の何千倍にも増やす必要があります。しかし、地球の化学エネルギーはすでに枯渇の兆候を見せています。第一レベルの文明を達成するために必要な膨大なエネルギーをどうやって得ることができるのでしょうか?科学者は一般的に、制御された核融合を実現することによってのみこの目標を達成できると考えています。

制御核融合の燃料は、水素の同位体である重水素と三重水素です。これらの元素は地球上に広く存在しています。海水中の重水素1リットルは、核融合によって約300リットルのガソリンに相当するエネルギーを生み出すことができます。制御された核融合が商業的に利用できるようになると、エネルギーは無尽蔵になると思われる。

実際のところ、これは文明のアップグレードに必要なエネルギーを大幅に過小評価したものです。たとえ制御された核融合の開発に成功したとしても、それは文明の第一レベルにアップグレードするために必要なエネルギーにしか到達できません。科学者たちは、人類がレベル 1 の文明にアップグレードするには約 200 年かかり、エネルギー使用量は現在の数千倍に達すると推定しています。

レベル 1 の文明からレベル 2 の文明にアップグレードするには、エネルギー需要が現在のレベルから少なくとも 100 億倍、レベル 1 の文明から 22 億倍に増加する必要があります。この恐ろしいエネルギー量は、多くの人々の想像を完全に超えるものかもしれません。その時までに、そのような膨大なエネルギーはどこから来るのでしょうか?地球上で見つけることができないだけでなく、たとえ太陽系のすべての惑星を練炭として燃やしたり、核融合燃料に変換したりしたとしても、必要なエネルギーの10分の1も生成することはできません。

なぜなら、太陽を除く太陽系全体の天体、つまり 8 つの惑星といくつかの準惑星、数百の衛星、すべての小天体、破片、塵を合わせた質量は、太陽系全体の質量のわずか 0.14% に過ぎないからです。太陽 1 つの質量は、太陽系全体の質量の 99.86% を占めます。

したがって、太陽エネルギーを獲得することによってのみ、人類はレベル 2 文明へのアップグレードのニーズを満たすことができます。太陽放射エネルギーの総量は、まさに人類が第二の文明レベルに到達したことの証です。太陽のエネルギーをすべて捕らえる方法として、科学者が考えた最良の方法はダイソン球です。

もちろん、ダイソン球は単なる密閉された殻ではありません。ダイソン球の形状については、ダイソンバブル、ダイソンクラウドなど、多くの科学者がさまざまな仮説を立てています。これらについては、過去の記事やQ&Aで詳しく説明しているので、ここでは詳しく説明しません。

ダイソン球の種類にかかわらず、地球の軌道付近、つまり太陽を核として、半径約1億5000万～2億キロメートルの球状の囲いを造り、太陽光を遮ることで太陽放射の面積が地球の22億倍に達するかそれに近づくようにし、ダイソン球の殻にある設備を通して核融合により利用可能なエネルギーに変換します。これは太陽の放射エネルギーのすべてまたはほとんどを取得することに相当し、第 2 レベルの文明のアップグレードのニーズを満たすことができます。

一部の科学者は、人類がレベル 2 の文明に到達するにはさらに 5,000 年かかると見積もっています。言い換えれば、人類がレベル 2 の文明にアップグレードするために必要なエネルギーを獲得するには、5,000 年以内にダイソン球の建設を完了する必要があります。人間の文明を向上させるにはなぜそんなに多くのエネルギーが必要なのかと疑問に思う友人もいるかもしれません。

古代の人々が私たちの現在のエネルギー消費を理解できなかったのと同じように、今の私たちにとって理解が難しい問題がいくつかあります。関連データの分析と統計によると、現代のエネルギー消費量は初期の農業社会の2,300倍です。この統計が非常に正確だとは言いませんが、少なくとも各文明のエネルギー需要の大きさがまったく異なることを示しています。

では、第二レベルの文明とはどのような社会なのでしょうか?

カルダシェフの文明レベルの概念によれば、文明の第 1 レベルに到達すると、母なる惑星からのいかなる脅威も恐れる必要がなくなります。人類文明として、私たちは気候や地質の災害を含め、地球から起こるいかなる災害も恐れません。火山の噴火、地震、津波はすべて簡単なものになるでしょう。

そして、エネルギー消費は現在のレベルの数千倍になり、主に気候への対応と制御、地質活動、大規模な宇宙活動、人工知能などの産業活動、絶えず更新・アップグレードされる地球規模の交通システム、完全な通信ネットワークシステム、人間の健康と長寿の研究と普及、意識のアップロードと転送の研究などに使用されます。

人類第一級文明の活動は太陽系全体に広がり、太陽系内の他の惑星や衛星に植民地化することで、予測不可能な自然災害が発生したときに大量虐殺を防ぐために、人類の卵の籠をいくつかの惑星の籠に保管できるようになります。このレベルの文明を実現するためのエネルギーは、主に制御された核融合と太陽エネルギー技術に依存しています。

人類が第二文明レベルに到達すると、太陽の爆発、小惑星の衝突、そして現在は避けられないその他の自然災害など、太陽系から起こるあらゆる災害を人類は恐れなくなります。このエネルギーは主に、人間の健康と長寿、意識的な存在など人間の存在の向上を含む、人間社会をより近代的なものにアップグレードするニーズ、およびさまざまな大規模な自然災害や恒星間旅行のニーズに抵抗するために使用されます。

このレベルの文明の活動は、太陽系を取り囲む恒星系にまで及ぶ、つまり太陽系外に飛び出して外恒星系を植民地化することになる。太陽系内では、ダイソン球の構築により、すべての惑星と塵の破片までもが分解されました。太陽系は現在空で、残っているのは太陽 1 つと巨大な球殻だけです。太陽系外の探査と植民地化に加えて、生き残った人類はダイソン球上に建設された宇宙都市に住み、現代の私たちには理解できない新しい生活を送っています。

このレベルの文明を実現するためのエネルギーは太陽エネルギーです。このエネルギーは、今日私たちが理解しているような太陽エネルギー収集および変換装置によって得られるエネルギーではなくなりました。代わりに、ダイソン球上の装置を通じて太陽放射を核融合エネルギーに直接変換します。宇宙船は遠くの星々へ飛ぶためにこのエネルギーを使用し、ダイソン球に住む人々もこのエネルギーを利用して製造と消費を行っています。

さて、あなたの質問に答えましょう:

ダイソン球自体の構築には、膨大な量のエネルギー、材料、エンジニアリング技術が必要です。したがって、文明が本当にこの種の力を持っている場合、星のエネルギーはその文明が必要とする、または制御できるエネルギーのほんの一部にすぎない可能性があります。それで...ダイソン球はまだ必要ですか?

実際、この理解は太陽のエネルギーを過小評価しているため、間違っているか、少なくとも不正確です。人類は太陽系内で太陽のエネルギーを超えるエネルギーを得ることができないため、ダイソン球やその他のプロジェクトの構築がいかに困難であっても、太陽のエネルギーである 4*10^26J/s を超えるエネルギーを消費することは不可能です。

これは太陽が 1 秒間に放射するエネルギーの量です。統計によると、2021年の世界全体の電力消費量は28兆4660億kWhでした。太陽が1秒間に放射するエネルギーは、現在の人類の3,903年間の電力消費量に相当し、TNT火薬9,600兆トンの爆発力に相当し、これは広島型原爆約7兆3,600億個が同時に爆発した威力に相当します。太陽の膨大な放射エネルギーは、現段階で人類が利用する総エネルギーの20兆倍に相当します。

したがって、質問者の心配は根拠がなく、不必要である。ダイソン球理論と文明階層理論はどちらも 1960 年代に確立され、科学界で広く認知されています。それ以来、天文学者は基本的にこれらの理論を地球外文明の探索に採用してきました。たとえば、巨大な天体望遠鏡を使って空をスキャンし、ダイソン球であると思われる星があるかどうかを調べることができます。残念ながら、そのような星の存在を示す決定的な証拠は今のところ見つかっていない。

しかし、ダイソン球理論も文明レベル理論も、科学者が観測による発見と科学的蓄積に基づいて得た論理的推論、つまり科学的推測です。宇宙文明が本当にこのように発展し、向上していくのか、今後の宇宙文明研究がこの考え方に沿って進んでいくのか、あるいは新たな理論が生まれるのか、まだ予測は不可能である。

したがって、ダイソン球を信じるかどうか、そしてダイソン球がうまく構築できるかどうかは、完全に意見の問題です。あまり心配する必要はありません。この問題についてどう思いますか?議論やコメントを歓迎します。

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