戴森、戴森球和外星文明

作者: 郑政

来源: 赛先生天文

发布日期: 2020-05-19 19:08:33

本文介绍了弗里曼·戴森的生平及其在物理学和天文学领域的贡献,特别是他提出的戴森球概念及其对外星生命和文明探索的影响。

96岁高龄的理论物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)在两个多月前去世了。他是普林斯顿高等研究院的退休教授,更是一位在理论物理、数学、天文等多个领域都有出色贡献的传奇人物。甚至他对气候变化、核武器、科学与宗教等方面的思考和观点,也都有深远的影响。本文将简要介绍、回忆戴森,对他关于外星生命和文明的思考进行解读。戴森在剑桥大学三一学院获得数学学士学位,发表了两篇数论研究论文。

1947年他来到美国康奈尔大学跟随后来的诺贝尔物理奖获得者汉斯·贝特(Hans Bethe)研究物理,并结识了理查德·费曼(Richard Feynman)。1951年,没有博士学位的戴森被聘为康奈尔大学的物理学教授,两年后应奥本海默(Robert Oppenheimer)邀请,他加盟普林斯顿高等研究院,此后便一直呆在那里直到去世。

他在物理学里最著名的工作是证明了量子电动力学两种表述(费曼的路径积分以及施温格和朝永振一郎的场论方法)的等价性,对量子电动力学的建立起到了决定性作用。他深受费曼影响,是除费曼之外第一个应用费曼图并极力推广这一工具的物理学家。

戴森曾应邀为美国数学学会作冠名爱因斯坦的公众讲座,准备的讲稿《鸟与青蛙》对科学研究者进行了分类,读起来颇有意思。他把研究者分为鸟和青蛙两类。鸟翱翔天空俯瞰远方,他们喜欢的观念是统一大家的思想和整合各种不同的问题;而青蛙生活在泥地,目光所及只是身边的鲜花,他们喜欢的是特定问题的细节,一次解决一个问题。戴森认为两种研究者没有高下之分,探索一个领域既需要鸟之广也需要蛙之深。

在天文相关领域,戴森最为大众所知的,应该是冠以他名字的戴森球。戴森球源自他1960年6月3日在《科学》杂志上的一篇短文:《搜索人造的恒星红外辐射源》。在文中,戴森指出可以通过搜索有强红外辐射的天体发现技术上达到高级阶段的外星文明,并提出了戴森球的概念。戴森球的英文是“Dyson Sphere”,而非“Dyson Ball”,和戴森吸尘器乃天壤之别。这篇短文的写作背景是刚刚开启的外星智慧生命探测。

1959年,康奈尔大学两位物理学家朱塞佩·可可尼(Giuseppe Cocconi)和菲利普·莫里森(Philip Morrison)在《自然》杂志发表文章:《搜寻星际通讯》。文章首次提出智慧生命可能会利用物理上独特而普适的标准频率进行星际通讯。其中一个选择就是中性氢发出的21厘米辐射,利用射电望远镜在这个波段上搜索也许会探测到外星文明发出的信号。搜索戴森球和外星生命。

戴森球听起来很美妙,观测上有何进展呢?一个完整的戴森球会让母星黯然失色而发出温度在几百开尔文左右的近似黑体辐射,集中在红外波段。一个在建的或不完整的部分戴森球也会导致红外辐射叠加在母星光谱之上。自1985年以来,已经有一些在红外巡天数据中寻找戴森球或部分戴森球的努力。

理查德·卡里根利用IRAS红外卫星的全天巡天数据,分析了25万个红外源的低分辨率光谱,得到了16个候选者,但大部分都存在合理的天体物理解释。其中只有四个勉强可以称得上疑似戴森球或部分戴森球。

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