Cách Dyson Spheres hoạt động

Giải pháp, có lẽ, là ở các vì sao. Hay chính xác hơn là mặt trời của chúng ta. Hãy tưởng tượng việc đổ đầy bình xăng của xe bạn không phải bằng xăng mà bằng ánh nắng tinh khiết. Trong một tương lai xa, điều này có thể xảy ra nhờ vào khái niệm quả cầu Dyson .

Hãy nghĩ về quả cầu Dyson như một quả cầu khổng lồ, thu năng lượng được xây dựng xung quanh một ngôi sao. Nó thu nhận năng lượng mặt trời và chuyển nó thành các dạng năng lượng mà chúng ta có thể sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe cộ, máy tính hoặc bất kỳ công nghệ hút năng lượng tiên tiến nào khác mà chúng ta quản lý để phát triển trong vài triệu năm tới. Tất nhiên, đó là nếu chúng ta có thể tồn tại lâu như vậy mà không làm nổ tung mọi thứ.

Các quả cầu Dyson vẫn còn rất nhiều trong giai đoạn phát triển tưởng tượng. Nhưng không khó để hiểu tại sao một ngày nào đó chúng ta cần những nguồn năng lượng lớn hơn, mạnh mẽ hơn. Chúng tôi đang đốt nhiên liệu hóa thạch với tốc độ ngày càng tăng để vận hành tất cả các thiết bị và hàng hóa. Các nguồn năng lượng bền vững, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, rất tốt cho việc bổ sung than và dầu mỏ, nhưng hiện tại chúng không thể cung cấp năng lượng cho tất cả ô tô và điện thoại thông minh của chúng ta.

Những quả cầu Dyson huyền ảo đã trở thành chủ yếu của sách khoa học viễn tưởng và chương trình truyền hình cũng như các diễn đàn Internet. Những người nghiện "Star Trek" tranh luận về khả năng tương đối (hoặc sự lố bịch) của việc cố gắng gói gọn toàn bộ một ngôi sao bằng một cỗ máy nhân tạo. Các nhà khoa học yêu thích blog đưa ra những ý tưởng trần trụi để tạo ra những quả cầu khổng lồ này; những người khác tách rời nguyện vọng của họ bằng những bình luận nhức nhối.

Bất kể bạn nghĩ gì về ý tưởng này, có một điều chắc chắn là: Khi các vòi cuối cùng cạn dầu và cuối cùng cũng sẽ xảy ra, loài người sẽ cần phải thu hẹp lại mức sử dụng năng lượng hoặc tìm các nguồn năng lượng mới. Có lẽ một quả cầu Dyson là con đường.

1. Bạn quá văn minh
2. Sức mạnh giống như bom
3. Vệ tinh Mặt trời
4. Thế lưỡng nan của một Dyson

Không phải tất cả các nền văn minh đều giống nhau, ít nhất là theo một số lý thuyết. Vào đầu những năm 1960, một nhà vật lý thiên văn tên là Nikolai Kardashev đã đề xuất ý tưởng rằng có thể có ba cách phân loại nền văn minh trong vũ trụ .

Các nền văn minh loại I đã học cách khai thác tất cả các nguồn năng lượng trên hành tinh quê hương của họ. Đó sẽ là chúng tôi. Hoặc ít nhất, một ngày nào đó, đó có thể là chúng ta. Theo nhà vật lý lý thuyết Michio Kaku, chúng ta có thể đạt đến mức đó trong một hoặc hai thế kỷ tới.

Một Type II nền văn minh hiểu làm thế nào để khai thác tất cả các năng lượng của ngôi sao trong hệ mặt trời của nó. Và các nền văn minh loại III , một trạng thái mà chúng ta có thể đạt tới trong vài triệu năm nữa, biết cách nắm bắt và tập trung năng lượng của toàn bộ thiên hà.

Con người chúng ta rõ ràng chưa phải là vật chất loại III. Đầu tiên, chúng ta phải bắt đầu với các bước nhỏ - bằng cách hoàn thành việc cướp phá hành tinh của chúng ta để khai thác các nguồn tài nguyên còn lại của nó. Và sau đó, chúng tôi sẽ cố gắng tiến vào khu vực lân cận Loại II cao cấp hơn bằng cách thu nhận và chuyển tải nguồn năng lượng khổng lồ của mặt trời. Điều này có thể làm được trong vài nghìn năm tới, nếu chúng ta sống lâu như vậy.

Trong cuốn sách năm 1937 của mình, "Star Makers", tác giả Olaf Stapledon có lẽ là người đầu tiên hình dung ra cái gọi là "bẫy ánh sáng" được sử dụng để khai thác năng lượng của mặt trời. Ông đã viết về các hệ thống thu nhận năng lượng khổng lồ đến mức chúng thực sự làm mờ ánh sáng của các thiên hà.

Câu chuyện này là điều khơi dậy trí óc của Freeman Dyson, một nhà toán học và vật lý lý thuyết. Ông bắt đầu cân nhắc về việc có thể hay không thể thu nhận tất cả năng lượng của một ngôi sao để sử dụng cho con người.

Các mặt trời tạo ra một số lượng không thể tưởng tượng năng lượng. Nói một cách dễ hiểu, nó tạo ra khoảng 5 x 1023 mã lực . According to NASA, that's enough energy to melt an ice bridge (two miles wide and one mile thick) spanning from Earth to the sun ... in a single second [source: NASA ]. Đó là mức tương đương thô của một nghìn tỷ quả bom 1 megaton phát ra mỗi giây. Nói một cách ít đáng sợ hơn, một giây tác động của mặt trời cũng đủ để cung cấp năng lượng cho thế giới của chúng ta trong nửa triệu năm [nguồn: Boston.com ].

Đó là một lượng điện năng nghiêm trọng. Mỗi giây, Trái đất nhận được khoảng 400 nghìn tỷ nghìn tỷ watt (không, đó không phải là lỗi đánh máy) giá trị của năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, do khoảng cách và hướng của nó, hầu hết chúng không đến được hành tinh của chúng ta. Bao quanh mặt trời bằng một cấu trúc siêu thu năng lượng giống như một quả cầu sẽ là một cách hiệu quả hơn nhiều để thu lấy nước điên cuồng của mặt trời.

Bạn có thể xây một quả cầu rắn xung quanh mặt trời để đón mọi tia sáng cuối cùng. Khi làm như vậy, bạn sẽ có diện tích bề mặt gấp 550 triệu lần so với toàn bộ hành tinh của chúng ta, tất cả đều bắt các tia để gửi trở lại Trái đất Mẹ ở dạng năng lượng thô.

Tất nhiên, ngoài việc khiến hàng triệu người trên Trái đất rơi vào tình trạng rối loạn tâm lý theo mùa vĩnh viễn, bạn sẽ phải đối mặt với những thách thức về lực hấp dẫn rất thực tế. Nói tóm lại, sẽ thực sự khó khăn để giữ cho mặt trời nằm ở tâm trong hình cầu, nghĩa là nó có thể va chạm với cạnh của một hình cầu, gây ra một thảm họa kinh hoàng đến mức có thể sẽ thu được nhiều lượt xem nhất trên YouTube ... nếu có ai sống sót để tải nó lên.

Ngoài ra còn có một khó khăn cực kỳ trong việc tìm đủ nguyên liệu thô để xây dựng một lớp vỏ vững chắc. Một kỳ tích như vậy có lẽ sẽ đòi hỏi nhiều nguyên liệu hơn những gì chúng ta có thể tìm thấy trong toàn bộ hệ mặt trời của mình.

Ngay cả khi chúng ta có thể tìm thấy đủ vật liệu rắn để xây dựng một quả cầu rắn bao phủ toàn bộ mặt trời, sức mạnh của quả cầu mặt trời khổng lồ này sẽ phải là Herculean. Nếu không, quả cầu sẽ vỡ thành vô số mảnh. Nói cách khác, đó sẽ là một thất bại ngoạn mục khác.

Vì vậy, chúng ta hãy bỏ qua khối cầu đặc không khả thi. Trên trang tiếp theo, bạn sẽ đọc về những ý tưởng có thể nhiều hơn trong lĩnh vực thực tế.

Chúng ta sẽ không thể xây dựng một quả cầu rắn xung quanh một ngôi sao . Freeman Dyson thừa nhận nhiều như vậy. Thay vào đó, ông đề xuất một khái niệm trong đó chúng tôi phát hành nhiều cỗ máy độc lập để quay quanh mặt trời, thu năng lượng và truyền nó tới Trái đất.

Các vệ tinh có thể được sắp xếp thành các vòng ngăn nắp. Hoặc chúng có thể phóng theo các quỹ đạo khác nhau xung quanh giống như một bầy ong đang thu thập phấn hoa quyền lực. Một số có thể có thể ở được, hoặc chúng có thể chỉ được sử dụng để thu thập năng lượng.

Thay vì một quả cầu rắn hoặc một vòng vệ tinh, có một cấu hình thứ ba có thể tạo nên quả cầu Dyson. Trong trường hợp này, một số cánh buồm mặt trời sẽ quay quanh mặt trời. Những cánh buồm này sẽ tạo ra một bong bóng lỏng lẻo xung quanh mặt trời, được giữ cố định nhờ sự cân bằng của trọng lực và áp suất bức xạ từ ngôi sao bên trong.

Những vệ tinh này thực sự sẽ được gọi là statin (bắt nguồn từ các từ vệ tinh và tĩnh) bởi vì chúng sẽ bay lơ lửng ở một nơi thay vì di chuyển trên quỹ đạo. Như với khái niệm vòng hoặc bầy đàn, các statin sẽ hấp thụ năng lượng mặt trời phát ra và sau đó chuyển hướng nó đến Trái đất để chúng ta sử dụng.

Bất kể bản thiết kế cuối cùng là gì, một chiếc nhẫn, quả cầu, bong bóng hoặc bầy đàn Dyson sẽ đòi hỏi nguồn nguyên liệu và năng lượng ở quy mô chưa từng có. Chúng tôi sẽ không tìm thấy đủ nguyên liệu thô cho dự án này trên Trái đất. Vì vậy, một số kiểu suy đoán đã đề xuất một giải pháp thay thế - thu hoạch vật liệu từ các hành tinh khác, chẳng hạn như Sao Thủy.

Giống như một vùng đất ngập nước bất tiện sa lầy vào một vùng đất được quy hoạch để sử dụng cho mục đích thương mại, chúng ta có thể chỉ cần tháo rời Sao Thủy và đặt bề mặt cháy xém của nó để hướng tới một mục đích tốt hơn. Đó là một ý tưởng do nhà vật lý Stuart Armstrong của Đại học Oxford đề xuất.

Sao Thủy chứa nhiều vật liệu hữu ích (chẳng hạn như sắt) và nó là hành tinh gần mặt trời nhất, vì vậy bạn nên bắt đầu từ đó. Một khi sao Thủy được tháo dỡ và các vòng Dyson đầu tiên được lắp đặt, dự án sẽ thu thập động lượng và tốc độ, thu ngày càng nhiều năng lượng, thúc đẩy việc sản xuất các bộ thu năng lượng mặt trời lớn hơn và tốt hơn. Và tất nhiên, tất cả năng lượng đó sẽ được sử dụng cho các mục đích khác, chẳng hạn như siêu máy tính (trên quy mô chưa từng thấy), công nghệ du hành vũ trụ nhanh hơn và vô số ý tưởng khác mà chúng ta thậm chí còn chưa hình thành.

Chúng tôi sẽ không cần phải làm tất cả những điều này với lao động cực nhọc. Robot sẽ thực hiện công việc khai thác và lắp ráp các mảng năng lượng mặt trời mới. Và số lượng robot sẽ liên tục tăng lên (nhờ khả năng tự tái tạo) khi quy mô của dự án ngày càng lớn, cho đến khi chúng trở thành một đội quân tự động nghiền nát các hành tinh và tiểu hành tinh để chế tạo ra nhiều bộ thu năng lượng hơn nữa.

Vũ trụ là một nơi lạnh lùng, vô tâm. Một khi chúng ta đã tiêu thụ tất cả các nguồn năng lượng trên Trái đất, chúng ta sẽ rất cần một cách để cung cấp năng lượng cho các lò nung và tủ lạnh của chúng ta. Mặt trời của chúng ta giống như một nhà máy điện khổng lồ, ấm áp và ban sự sống. Đó là phát súng tốt nhất của chúng tôi trong việc duy trì loài của chúng tôi và phát triển thành những sinh vật có khả năng hơn.

Tuy nhiên, hiện tại, một quả cầu Dyson thuộc bất kỳ loại nào chỉ đơn giản là vượt quá khả năng của chúng ta. Ví dụ, nếu chúng tôi chọn khai thác sao Thủy , chúng tôi sẽ cần công nghệ robot hiện chưa tồn tại. Những robot đó cần phải hoạt động hoàn hảo khác xa với chỉ huy con người của chúng, làm việc trong nhiều thập kỷ để biến các nguyên liệu thô thành công nghệ thu năng lượng. Điều đó có nghĩa là chiết xuất các kim loại quý giá từ đá và sau đó bằng cách nào đó tạo ra các thiết bị điện tử tinh vi, tất cả đều không có sự trợ giúp của con người tại chỗ.

Ngoài ra còn có thách thức trong việc thu thập nguồn điện trở lại Trái đất để nó có thể cung cấp năng lượng cho tivi của bạn. Một sợi dây nối dài thực sự có thể sẽ không cắt được. Thay vào đó, người ta đề xuất sử dụng chùm tia laze hoặc vi sóng cho mục đích này. Nhưng tia laser sẽ mất hiệu quả sau khi đi chưa đầy một dặm. Microwaves work at much longer distances (nearly 100 miles, or 161 kilometers), but nowhere near far enough for the purposes of a Dyson sphere.

Mặc dù cung cấp năng lượng cho hành tinh của chúng ta theo cách này không phải là một khả năng hiện tại, nhưng khái niệm về quả cầu Dyson rất có thể giúp chúng ta tìm thấy những người ngoài Trái đất đã vượt qua giai đoạn Loại I. Vào năm 1960, Dyson đã tìm ra rằng nếu một nền văn minh thực sự quản lý kênh năng lượng điện từ của một ngôi sao, thì sẽ có rất nhiều nhiệt lượng còn sót lại được đẩy ra bên ngoài như một sản phẩm phụ.

Việc phát hiện ra bức xạ hồng ngoại đi ra có thể là chìa khóa để phát hiện các dạng sống thông minh khác ở phía bên kia của vũ trụ, mà các nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu. Họ đã tìm thấy những khu vực có rất nhiều sức nóng của một ngôi sao nhưng không có ánh sáng, khiến một số người nghĩ rằng người ngoài hành tinh có thể đang bẫy nhiều năng lượng.

Tất cả những điều này có nghĩa là chúng ta chỉ đơn giản là bị mắc kẹt trong danh mục nền văn minh Loại I vào lúc này. Tuy nhiên, khi nhiều thế kỷ trôi qua, công nghệ của chúng tôi có thể phát triển theo cấp số nhân. Và nếu họ làm như vậy, chúng ta có thể thấy rằng chúng ta có thể biến mặt trời của mình thành một nguồn năng lượng có thể biến đổi toàn bộ chủng tộc của chúng ta, khiến chúng ta thành thạo hơn về mặt công nghệ và xứng đáng với không gian hơn chúng ta từng mơ.

Ghi chú của tác giả: Cách Dyson Spheres hoạt động

Không thể biết được điều gì đang tồn tại trong tương lai của nhân loại. Đã có trong lịch sử của chúng ta, các nền văn minh vĩ đại đã trỗi dậy và sụp đổ. Liệu hóa thân hiện tại của chúng ta có tìm được đường về phía trước mà không tự hủy diệt không? Liệu chúng ta có đánh bom trở lại thời kỳ Hắc ám không? Hay sự thay đổi khí hậu hoặc một loại virus bất khuất sẽ kết thúc sự sống như chúng ta đã biết? Nếu tình cờ nào đó, chúng ta từ hình dạng hiện tại trở thành một trạng thái cao hơn, chắc chắn chúng ta sẽ cần nhiều năng lượng hơn. Và nếu không có một số đột phá vật lý không lường trước được, thì mặt trời là cách duy nhất mà chúng ta sẽ xoay sở để thúc đẩy sự phát triển của mình trong hàng nghìn hoặc hàng triệu năm tới.

Những bài viết liên quan