太阳，我们的第三台数据服务器 | CosmoScape | 星空天文网

据服务器

2014年6月5日

在星系中，地球正在成为一台可以看到的计算机。

2011年9月30日下午3点，伊利诺斯州奥罗拉（Aurora, Illinois）88号州际公路，前往芝加哥的开车人在121英里限速牌前经过，没有人觉得有什么异常。右边是一片乏味的办公园区，左边是蔓延的低矮房屋和许多栅栏，秋天已经给树木染上了第一抹金色。远处，都市圈的摩天大楼即将从午后的薄雾中显现。

表象总是会骗人。在周五拥堵的交通流量中，司机是一个线程，无论是在实质上还是使用比喻，都是这样。这是一个意义深远的时刻，预示着即将有重大的转变。

就在88号公路北面，预算削减的受害者，费米国家实验室（Fermi National Laboratory）的粒子加速对撞机（Tevatron Collider），在下午3点结束了最后一天的运行。在它最后的时间里，质子和反质子在一个超导磁环内全速飞行。这个环的直径达1.24英里，从太空中都可以看到。随后，它们以每毫秒将近50圈的速度猛烈对撞，产生了超过上万亿度的高温，完美上演了一场难以觉察的显微镜级灾难。也就是说，在郊区安静的一角，出现了宇宙诞生后第一秒内自然界的极端状态。

那天下午粒子加速器的关闭，结束了美国在粒子物理学方面几十年的领先地位。在曼哈顿计划（Manhattan Project）成功的刺激下，建造更大、更强、更昂贵机器的冲劲，也走到了尽头。

人类所带来的运算量，将首次赶超地球所有生物的运算量。

粒子加速器的南侧，跨越6车道的88号州际公路，距离临街公路几百码的地方，竖立着一幢平淡无奇的白色建筑，一眼瞥去，和芝加哥远郊数不胜数的仓库差不多。这幢建筑没有任何标记，仔细的观察者，可能会疑惑，这里有大量的摄像监控，坚固的铁栅栏，值守的警卫，为数不多的湿地园林景观显然被精心照料着。这一切，让不知道的人，对这里面有什么，充满了好奇。这幢新近完工的建筑，是全美最先进的数据中心，隶属于芝加哥商业交易所（Chicago Mercantile Exchange）。在这里，每天23小时，每周5天，在那些机架上的工业级服务器中，疯狂舞动的电子，决定了全美整个金融市场的走向。相比之下，老式的交易和兑换方式，变得像冰川移动一样缓慢。

那些架子上的协同定位设备（co-located equipment），是以昂贵的价格，从一家神秘公司那里租来的。在那里，现场可编程逻辑门阵列（field programmable gate arrays）正在进行每秒数千亿次的浮点运算，运算的目的是为了预测下一个价格的涨跌会在哪里发生。在被描述为程式化（stylized）、自发性紧急编排（pontaneously emergent choreography）（或者以陈词滥调来说，是高风险的胆小鬼游戏（game of chicken））的过程中，具有挑战性的所谓“对手价订单（cross the spread）”被不断建立，数千万美元在瞬间买入和卖出。

芝加哥这个决定命运的星期五，其在时空交集上的巧合是一种更大尺度转变的缩影。现在是信息时代的黎明，它镌刻在美国郊区乡间，既无盛况，也无明显迹象。人类从玩弄物质，转而开始进行字节运算，我们的世界开始变得更近。在地球历史上，人类所带来的运算量，将首次赶超地球所有生物的运算量。即使批判性地看，这种运算的比例也在增长。假如它持续下去，那被改变的将不仅是与我们日常生活相关的自然界，整个行星的物理面貌也会被改变。按照当前的潮流，从外太空来看，我们的行星将变成一台巨大的计算机器。如果这一切发生在我们身上，那么它是否也会发生在外星文明身上呢？

信息时代，人类的活动被汇入了地球40亿年的信息经济活动中。地球生物圈，被认为是一个完整的、全球性的、自容的基本结构，它能够复制隐藏在DNA中的数字信息。细胞每分裂一次，便有大约十亿对被复制，每个分子的抄写与继承，相当于进行10个字节的运算。根据经验法则，每个细胞的质量是1纳克，地球每年的湿生物质总量大约是10¹⁸克，那每秒钟生物进行的运算量大约是3×10²⁹字节。这与我们人类一年的运算总量接近。生物质每年数亿的产量基本是恒定的，而人类的运算却在以几何级增长。

从费米实验室粒子加速器的关闭，到电子化市场的兴起，从碱基对（base pairs）4字母生物字母表到基本的0和1，一场转变正在开始。随着运算向电费便宜和冷却免费的地方迁徙，这个潮流还会加速。Google把一个主要的数据中心放在了俄勒冈州（Oregon）哥伦比亚河（Columbia River）边上，而大型比特币矿藏（large-scale bitcoin mining）则搬到了冰岛，因为那里的水力发电成本低廉，数据隐私法规有利，而且有着丰富的北极空气。当前，虽然全球花在运算上的能源开支只占全球能源使用量的1%，但仅数据中心便消耗了世界2%的电量。随着各种运算设备，如手机、传感器、平板电脑的激增，这些数字必然会增长。

在外星种族的望远镜中，覆盖我们行星表面的可能不是森林和绿地，而是黑色的太阳能电池板。

在关于我们呈几何级增长的运算需求所带来的后果中，有一个话题较少被讨论，即如何搜寻外星生命。在1997年的电影《接触未来（Contact）》中，射电望远镜发现到了一个来自遥远外星文明的信号。那个文明探测到地球发出的第一个电视广播，把它发还给了我们，并附送了建造一台机器的说明书。但是在信息革命面前，因逃逸的电磁辐射被外星人发现（或发现外星人）这个主意，变得越来越不靠谱。

遥远文明世界在碰巧往我们这边看一眼时，多半不会注意到我们的广播电视节目。以纯粹的能量角度来看，从地球泄漏到太空的广播信号，在传播中会随着带宽变高而衰减变弱。况且，如今的广播也在从无线向遍布全球的光缆网络迁徙。理论上，如果在一个全黑的背景上，我们全世界数据中心排放的废弃热量，从太阳系以外更容易被检测到。但我们无法（如同现在那样）从离我们最近的半人马座阿尔法那里检测到从地球发出的人为信号。当我们越来越成为自己内部的通信专家时，浪费的信号也会持续减少。

如果我们当前呈几何级增长的字节运算持续下去，那最终第二种可能性也会浮现：我们行星的物理表面会在计算的推动下发生自我改变，从废弃的热量到大气层的变化，一个越来越可被感知的天文学特征即将出现。

为什么呢？可以看一下我们是如何运算的。我们的运算只是地表薄薄的一层，地球的剩余物质都被无声地深埋在地底。全世界数据中心担负着每年3×10²⁹字节的运算量，而消耗的能量相当于罗得岛（Rhode Island）一半面积（相当于地球表面积的百万分之一）在一年内所吸收的所有太阳光能量总和。假如我们使用的运算资源继续以现在的速率膨胀，而且能源利用率不作提升，那么20多年后，我们将轻易地赶上生物的计算总量。作为这种转变的效应之一，行星地表外貌会全面地改变，而且这样的改变在非常遥远的距离上都有潜在的可见性的。也就是说，在外星种族的望远镜中，覆盖我们行星表面的可能不是森林和绿地，而是黑色的太阳能电池板。与搜寻极其微弱的无线电波相比，遥远的文明是否更有可能通过守望，来获取那些在不同运算形式间转换的世界所呈现出来的迹象？

当然，假定运算能源消耗量不变是不对的。事实上，每字节运算的能源消耗每五年会下降2倍。但是即便以这样的高速提升，在至少50年内，我们的能源消耗量也会增加100万倍。也就是说，理论上假设我们对运算有无限的需求，那么通过运算能够达到的效率是会有一个最高极限的。兰道尔原理（Landauer’s Principle）假设，使用最少的能源所能产出的字节运算量是E=kT ln(2)，这里k是波尔兹曼常量，T是温度。

“费米悖论（Fermi Paradox）”认为，尽管地球上的生命和智能生物可以建立起显而易见的相互联系，但与宇宙的其它地方，却没有证据表明存在着类似的关联。我们没有发现任何外星文明，也没有见到任何外星访问者。这个悖论并不缺乏解决方案：不适宜居住的行星可能难以致信地少。因文明在发展出足够强大的技术时，就会毁灭自己。我们在星系中，被相互隔离了。会导致毁灭的原因很多，其中许多很有意思。

不过当我们在恒星附近寻找文明时，把被计算所带来的转变因素包含进去，可能会有所帮助。我们已经到达大量人类计算对生物模拟计算发起冲击的门槛。如果外星种族也延着这个轨迹发展，并拥有类似的几十年或几个世纪，那就会留下一个来自于计算的鲜明的热量标记。

数据显示，星系盘中可能充满着“戴森球”。

实际上，为了满足日益膨胀的运算需求，利用整个宿主恒星的能量输出，来进行数据生成和信息处理，也是有可能的。利用一颗恒星所浪费的余热的方法，也就是所谓的戴森球（Dyson Sphere）。这样的一个系统，会在兰道尔极限内以室温运行，并消耗掉与太阳类似恒星的所有能量输出，它所能达到的计算能力，将是当前我们在地球上所能做的10²⁵倍。不仅如此，假如摩尔定律（Moore’s Law）（或其它类似的通俗化概念）继续保持，那么我们在125年，或者大概比人的一生稍长一点的时间范围内，就能到达这个阶段。

闪耀着红外光的戴森球计算机，在星系中随处可见。与逃逸的无线电广播相比，这是一个更现实的关于生命存在的坐标。假如它确实存在，那么它们就已经可能被NASA新近完成的WISE（Wide-field Infrared Survey Explorer）任务所发现。WISE在4个不同的波段上，对整个天空进行了红外巡查。事实上，数据显示，星系盘中可能充满着“戴森球”。问题是，还没有确凿的证据。非凡的成就需要非凡的证明。许多普通的天体，如灰头土脸的红巨星和被尘埃掩盖的原恒星，也有着与我们期待的戴森球类似的外观。

我们可以根据我们的计算获得一条线索。88号州际公路两旁发生的转变，是金融军备竞赛的一部分。那这样的事是否也会在其它文明世界中发生？星系中是否也会存在兑换？如果是的话，那拿什么来交易？又如何取得联系呢？

作者格雷戈里·劳克林（Gregory Laughlin），圣·克鲁兹加州大学（University of California, Santa Cruz）天文学、天体物理学教授，与人合著有《宇宙的五个纪元——永恒的物理学探秘（The Five Ages of the Universe—Inside the Physics of Eternity）》。他的博客网站是oklo.org。