第250章 人造棲息地（2/2）

因为如果你的目標是建造一个能够延续万亿年的文明，

那么物质需求很大程度上就是为了满足能源供应。

我在討论旋转式棲息地的时候曾经说过，

我们会將核聚变燃料储存在棲息地周围的非旋转储罐中，

这些储罐同时还能起到抵御辐射和陨石撞击的防护作用。

但如果你要建造的是一个能够延续万亿年的文明，

那么將燃料储存在棲息地內部会是更明智的选择，

因为这些燃料还能同时起到提供重力的作用。

你也可以在像火星这样已经存在的星球上建造壳体结构。

这种做法可以让你逐步开採星球內部的物质，

然后用充满高压气体的储罐或者深埋地下的轨道环来替代这些被开採的物质，

轨道环可以在需要的时候启动运行。

很多时候，

当我们谈论戴森球或者戴森云的时候，

总会有人问我，

人类最终是否会拆解地球来获取更多建造材料。

而我的答案是，

我认为人类很可能不会这么做，

取而代之的是將地球內部挖空，

然后改造成一个壳体世界。

这就引出了壳体世界的另一种变体——马托沙壳体世界。

在这种设计中，

壳体世界並非只有一层外壳，

而是拥有多层结构。

我甚至认为，

地球本身最终也会朝著这个方向演变。

毕竟，人类对自己的母星有著深厚的情感羈绊。

你可以在第一层壳体的外围再建造一层壳体，

然后再建造下一层，

以此类推。

你也可以向內建造更多的壳体层。

要让每一层壳体表面都保持相同的重力，

其实並没有那么困难。

这里有一个很有趣的知识点：

当你处於一个球状壳体的內部时，

你不会受到这个壳体任何方向的引力作用，

因为壳体各个方向的引力会相互抵消。

所以，

对於你所居住的那一层壳体来说，

它上方的所有壳体层都不会对它產生任何引力影响。

相反，

你所居住的壳体层的质量，

会对其上方各层壳体產生引力作用。

因此，

你只需要確保每一层壳体的总质量，

都与它到中心的距离相匹配就可以了。

举个例子，

暂时忽略大气的影响，

如果我在距离地球表面40英里的高空建造一层壳体，

这个高度大约是地球半径的1%，

那么在这个高度上，

地球的引力会比地表减弱大约2%。

这就意味著，

我需要在这层壳体中增加相当於地球质量2%的物质，

才能让壳体表面的重力与地表相同。

如果在80英里的高空再建造一层壳体，

就需要增加相当於地球质量4%的物质。

不过，

低层壳体的质量可以计入高层壳体所需的总质量之中。

马托沙壳体世界的规模可以建造得非常巨大，

只要確保它的平均密度能够隨著体积的增大而相应降低就行。

因为空气的密度大约是地球平均密度的五千分之一，

是水的密度的千分之一，

所以在密度成为限制因素之前，

你可以建造出体积极其庞大的壳体世界。

当然，

你不能只是简单地建造一个巨大的空气球，

而不通过加压来提高空气的密度。

但如果採用多层壳体的设计，

就可以避免这个问题。

而且，

如果各层壳体之间的距离足够远，

你甚至可以让靠近外层真空区域的壳体层保持较低的气体密度，

这和我们地球大气层的结构很相似，

海拔越高，空气密度就越低。

每一层壳体的高度可以根据实际需求来设计，

既可以只有几百英尺高，

也可以达到几百英里高。

当然，

如果建造的是这种多层结构的壳体世界，

就必须为其提供人工照明，

同时还要解决散热的问题。

实际上，

无论是植物的生长，

还是人类的视觉需求，

都不需要正午时分晴空万里下那么强的光照。

所以，

你可以將人工光源的亮度调低很多。

同时，

你也可以將热量向外排出。

这类壳体世界的许多设计方案中，

除了使用轨道环之外，

还会採用之前討论过的太空喷泉技术，

来支撑各个壳体层。

而这些太空喷泉，

同时也可以作为散热的通道。

壳体世界最外层的壳体，

可以设计成和地球表面一样的自然景观。

不过，

你也可以选择將最外层壳体设计成一个高效的热泵系统，

並將其表面製作成凹凸不平的形状，

以此来最大化辐射散热的效率。

在一些以黑洞为核心的壳体世界设计方案中，

则可以採用另一种散热方式——

將热量直接排放到黑洞中。

不过，

这种做法是否可行，

很大程度上取决於黑洞的热力学特性。

而目前，

我们还无法確定是否真的可以像这样將热量直接倾倒入黑洞。

如果这种方法確实可行，

那么壳体世界的层数就几乎没有任何限制了。

但如果只能通过红外线辐射的方式来散热，

那么壳体的层数就会受到限制，

可能最多只能建造不到一百层。

有时候，

我们会思考人类能够建造的最大人造棲息地究竟有多大。

而壳体世界就是一个很好的例子。

你甚至可以围绕白矮星、中子星来建造壳体世界，

利用这些天体来获取能源。

你甚至可以围绕银河系中心的超大质量黑洞来建造。

银河系中心黑洞的质量大约是地球的万亿倍，

围绕它建造的壳体世界，

其居住面积也將是地球的万亿倍。

相比之下，

戴森球所能提供的居住面积也不过是地球的十亿倍左右，

而且壳体世界每增加一层，

居住面积就会翻倍。

这样的巨型壳体世界，

其直径甚至会超过冥王星的轨道直径。

不过，

它拥有相当於百万颗太阳的质量和能量，

足以支撑它运行的时间，

远远超过普通恆星的寿命。

我一直都很喜欢这个概念。

想像一下，

在银河系的中心，

存在著一个体积无比庞大的世界，

它的居住面积是地球的数万亿倍，

这样的世界，

似乎就是银河帝国首都的终极形態。

这类巨型建筑有一个共同的特点，

那就是它们拥有极其漫长的寿命。

甚至它们自身產生的重力，

也有助於防止气体泄漏，

避免物质的缓慢流失。

这也是我为什么会在討论中提到白矮星、中子星和黑洞的原因。

除非你的目標是建造一个能够延续极长时间、

甚至比普通恆星寿命还要长的文明，

否则建造这样的壳体世界並没有太大的实际意义。

当然，

如果人类將来能够找到操控暗物质的方法，

那么壳体世界的建造將会迎来新的突破。

暗物质是宇宙中绝大多数物质的存在形式，

其总量远远超过岩石等普通物质。

它將成为一种极其理想的填充材料。

到目前为止，

我们对暗物质的了解还非常有限，

只知道它能够產生引力。

但如果我们能够收集並约束暗物质，

那么它很可能会有各种各样的用途。

不过，

我们目前唯一可以確定的用途，

就是將它作为壳体世界的填充材料来產生重力。

当然，

这也可能是它唯一的用途。

但以我们目前的科技水平，

还无法实现收集暗物质並將其封闭在壳体世界內部的目標。

或许，

这是一个永远都无法实现的目標。

不过，

壳体世界的概念在科幻作品中非常有趣，

但遗憾的是，

它在科幻作品中的出场率並不高。

毕竟，

我们这个系列节目，

既涉及纯粹的科学理论，

也包含科幻概念的探討，

所以壳体世界绝对值得我们深入研究。

通常来说，

人们之所以不看好壳体世界，

认为它永远不会被真正建造出来，

是因为和旋转式棲息地相比，

它的物质消耗实在太过巨大。

但如果你追求的是万亿年尺度的文明延续，

或者你希望地球在基本保持原貌的前提下变得更大，

那么壳体世界就会开始变得具有现实可行性了。

所以，

壳体世界並不仅仅是一个“人类有能力建造，所以才去建造”的工程。

下一次，

我们將探討一种真正意义上“人类有能力建造，所以才去建造”的巨型建筑——

扁平的圆盘状地球世界。

我们会尝试向大家证明，

这类建筑其实並没有人们想像的那么不切实际。