戴森球设想提出至今已过60多年，它的实施——如果有可能的话——必定在极为遥远的将来

科学外史II（5）

我小外孙开始玩一款名叫《戴森球计划》的游戏，自感又有独得之秘，某日率尔问道：难道外公也知道戴森球？令他爹妈不禁莞尔。哈哈，老朽还真知道一些关于戴森球的事情，不过基本上和游戏无关。

文明发展对能源的需求

一个星球上出现智慧生物，发展出了文明，对能源的需求就会快速增长。目前地球人类就处在这样的状态中。我在“地球流浪之后：第三堂令人沮丧的算术课”一文中，曾用2019年的数据估算出当时地球的全年能耗总量，相当于太阳投射到地球的总能量的约万分之一。

在这个全球总能耗中，主要取自煤炭、石油、天然气，但这些传统能源归根结底也是太阳能的存储，另外还有核能和直接的太阳能等新能源，直接利用的太阳能目前仍只占全球总能耗中很小一部分。

但是，文明发展过程中对能源的需求是没有止境的，特别是进入工业化之后，这种需求会快速增长。例如，2018年全球总能耗（198亿吨标准煤）就比上一年增长了2.9%。这个年增长率看上去似乎不高，但假定以这个年增长率持续下去，只要320多年，全球总能耗就可以增长到目前的一万倍。

地球上的传统能源不久终将枯竭——各种估计大相径庭，比较乐观的一种是，以目前的全球总能耗计算（未考虑逐年增长），地球能源还能使用数百年。另一个重要的能源是核能，目前的裂变核能主要以核电的形式被利用，效率不高，核废料问题又很大，人类只有搞成聚变核能才可高枕无忧，然而那一天却又遥遥无期。利用聚变核能，理论上的蓝图早就有了，但技术手段上始终难以突破。

所以，人类在能源问题上最终的出路，最有希望的还是利用太阳能。戴森球，可以说就是对人类利用太阳能的终极展望。

戴森球的设想

根据人类目前对恒星和太阳的知识，太阳每分钟向地球轨道上1平方厘米的面积投射1.97卡的能量，比较专业的说法是“太阳常数=1.97卡（平方厘米/分钟）”，再考虑地球的实际尺度，就可以得出地球每年从太阳获得的总能量——这里我们只需知道这个总能量是目前地球全年总能耗的约一万倍即可。

这也就是说，如果地球耗光了传统能源，又不考虑核能（毕竟目前核能在全球总能耗中占比还很小），那么我们从太阳对地球的辐射中，最多能获得目前全球总能耗的约一万倍的能源。我们还知道，按人类目前对能源需求的增长速度，只需320多年，就会达到目前全球总能耗的一万倍这个极限。

即使我们能够将太阳辐射到地球上的能量全部吸收利用，几百年后能源需求增长到上述极限之后怎么办？戴森球就是要设法解决这个问题。

戴森（Freeman Dyson，1923～2020）是美籍英裔物理学家，早年在量子电动力学领域有过重要贡献，是可以列入物理学大师行列的人物，后来长期在普林斯顿高等研究院工作。在这个适合闲人胡思乱想研究无用之学的地方，戴森也旁骛了不少别的领域，比如星际航行之类。戴森球的设想，也可以视为这种旁骛的成果之一。