研究人员认为先进文明将在1000年内使其星球过热

自工业革命以来，地球的平均全球气温一直在稳步上升。根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的数据，自1850年以来，地球的气温以每十年0.06°C(0.11°F)的速度上升，总计约1.11°C(2°F)。

自1982年以来，全球气温平均每年上升0.20°C(0.36°F)，是1982年的三倍多。而且，预计到本世纪中叶，全球气温将上升1.5至2°C(2.7至3.6°F)，甚至可能更高!这是燃烧化石燃料的直接后果，自19世纪中叶以来，化石燃料的使用量呈指数级增长。

根据温度升高的程度，地球宜居性可能会受到灾难性的影响。在最近的一项研究中，一组科学家研究了温度升高如何成为先进文明面临的长期问题，而不仅仅是化石燃料消耗的问题。

他们指出，地球温度上升可能是能源消耗呈指数增长的必然结果。他们的发现可能对天体生物学和地外文明搜寻计划(SETI)产生重大影响。

该研究由罗马第二大学天文学和天体物理学副教授阿梅代奥·巴尔比(AmedeoBalbi)和佛罗里达理工学院(FloridaTech)航空航天、物理和空间科学系及化学与化学工程系助理教授马纳斯维·林加姆(ManasviLingam)共同进行。

详细介绍他们研究成果的论文《废热和宜居性：技术能源消耗的限制》最近已发布到arXiv预印本服务器，并正在接受《天体生物学》杂志的出版审核。

文明最终会使地球过热这一观点可以追溯到苏联科学家米哈伊尔·布迪科的研究成果。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”，他在研究中指出：“人类使用的所有能量都会转化为热量，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，按照目前的增长速度，不到两百年，人类利用能源所产生的热量就将与太阳能量相当。”

这是所有能源生产和消费必然会产生废热的简单结果。虽然与碳排放相比，这种废热对全球变暖的贡献微乎其微，但长期预测表明这种情况可能会改变。正如Lingam通过电子邮件向UniverseToday所述：

“目前，废热对全球气温上升的贡献微乎其微。然而，如果废热产量在下个世纪呈指数增长，气温可能再上升1°C(1.8°F)可能源于废热，与化石燃料导致的温室效应增强无关。

“如果废热产生量在几个世纪内保持指数增长，我们发现它最终会导致地球彻底丧失宜居性，并导致地球上所有生命的消亡。”

戴森球是先进文明指数增长产生的废热的典型例子。弗里曼·戴森在其原始提案论文《寻找人造恒星红外辐射源》中指出，对更多宜居空间和能源的需求最终可能促使文明创造一个“完全环绕其母星的人造生物圈”。

正如他所描述的，这些巨型结构可以被红外仪器探测到，因为“星光大规模转化为远红外辐射”，这意味着它们会向太空辐射废热。

该研究的主要作者巴尔比补充道：“我们在论文中探讨的加热现象是任何形式能量转换的结果，是热力学定律不可避免的结果。”

“对于当今的地球来说，这种变暖仅占人类活动温室效应导致的变暖的一小部分。然而，如果全球能源消耗继续以目前的速度增长，这种影响可能会在几个世纪内变得显著，并可能影响地球的宜居性。”

为了确定先进文明需要多长时间才能达到让其母星变得无法居住的程度，巴尔比和林加姆根据热力学第二定律(适用于能源生产)制作了理论模型。然后，他们通过考虑太阳系宜居区(CHZ)——即行星能够接收足够太阳辐射以维持其表面液态水的轨道，将其应用于行星宜居性。

“我们调整了宜居带的计算方法，这是研究系外行星的标准工具。本质上，我们在恒星辐射之外加入了额外的热源——源自技术活动，”巴尔比说。

他们考虑的另一个关键因素是文明及其能源消耗的指数增长率，正如卡尔达肖夫指数所预测的那样。以人类为模板，我们发现1800年至2023年间，全球能源消耗率从5,653太瓦时(TWh)增长到183,230TWh。

这一趋势不仅呈指数级增长，而且随着时间的推移而加速，与同一时期的人口增长相似(1800年人口从10亿增长到2023年的80亿)。Balbi和Lingam推断了这一趋势，以衡量其对宜居性的影响，并确定先进文明进入指数增长期后的最大寿命。

最终，他们得出结论：假设技术圈在整个研究期内年增长率约为1%，那么它的最大寿命约为1000年。

巴尔比表示，这些发现对于人类和寻找地外文明(SETI)具有重要意义：

“我们的研究结果表明，废热的影响不仅对地球的未来有重大影响，而且对居住在其他恒星周围行星上的任何假设的技术物种的发展也有重大影响。因此，考虑这一限制可能会影响我们如何寻找宇宙中技术先进的生命，以及如何解释此类搜索的结果。例如，它可能为费米悖论提供部分解释。”

Balbi和Lingam还强调，这些结果为我们如何避免让地球变得不适合居住提出了一些可能的建议。再一次，这对SETI有影响，因为我们能想到的任何解决方案很可能已经被另一个高级物种实施了。Balbi说：

“尽管我们的论文侧重于物理学而不是社会挑战的解决方案，但我们设想了一些场景，可以帮助技术物种减轻废热的限制并延缓其发生。一个足够先进的文明可能会使用技术来抵消加热，例如采用恒星屏蔽。”

“或者，他们可以将大部分技术基础设施迁往外星，进入太空。这样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可能更可行的方法是通过减缓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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