物理学家称外星人可能会将黑洞作为巨型量子计算机

如果生命在我们的宇宙中是普遍的，那么我们有充分的理由怀疑它，为什么我们没有看到到处都有生命的证据呢？这就是费米悖论的本质，这个问题几乎自现代天文学诞生以来就一直困扰着天文学家和宇宙学家。

(相关资料图)

上图：微小的黑洞可以被用作终极量子计算机，我们可以寻找它们的特征。

这也是哈特-蒂普勒猜想（Hart-Tipler Conjecture）背后的原因。哈特-蒂普勒猜想是众多提出的解决方案之一，该猜想断言，如果在过去的某个时候，我们的银河系出现了高级生命，我们将在我们所看到的任何地方都能看到它们活动的迹象。可能的迹象包括自我复制的探针、巨型结构和其他 III 类活动。

另一方面，几项拟议的决议挑战了高级生命将在如此大规模的范围内运行的概念。另一些人则认为，先进的外星文明可能会从事一些让他们不那么引人注目的活动。

在最近的一项研究中，一个德国-格鲁吉亚的研究团队提出，先进的外星文明（ETCs）可以使用黑洞作为量子计算机。

上图：活跃的超大质量黑洞的想象图。

如果从计算的角度来看，这是有道理的，并为我们观察宇宙时所看到的明显缺乏活动提供了解释。

这项研究是由马克斯普朗克物理研究所的理论物理学家贾·德瓦利（Gia Dvali）和第比利斯自由大学的物理学教授扎扎·奥斯马诺夫（Zaza Osmanov）进行的，他是 Kharadze 格鲁吉亚国家天体物理天文台和SETI研究所的研究员。

这篇描述他们发现的论文最近出现在网上，正在接受《国际天体生物学杂志》的审查。

第一次SETI调查（Ozma计划）是在1960年进行的，由著名天体物理学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）博士（他提出了德雷克方程）领导。这项调查依靠绿岸天文台26米（85英尺）的射电望远镜来收听来自附近的鲸鱼座τ星和波江座恒星系统的无线电传输。

从那时起，绝大多数SETI项目都致力于寻找无线电技术特征，因为无线电波能够在星际空间传播。正如物理学家贾·德瓦利和扎扎·奥斯马诺夫解释的那样：

“目前，我们主要在寻找无线电信息，已经有几次尝试研究天空，以寻找所谓的戴森球候选者 —— 围绕恒星建造的巨型结构。另一方面，SETI的问题是如此复杂，人们应该测试所有可能的渠道。

技术签名的整个“光谱”可能要宽得多：例如，巨型结构的红外或光学发射也是围绕脉冲星、白矮星和黑洞建造的。一个全新的‘方向’必须是寻找这些技术签名的异常光谱可变性，这可能会将它们与正常的天体物理物体区分开来。”

对于许多研究人员来说，这种有限的关注是SETI未能找到任何技术签名证据的主要原因之一。近年来，天文学家和天体物理学家建议，通过寻找其他技术特征和方法来扩展搜索范围，比如向地外文明发送信息（METI）。

上图：超大质量黑洞双星系统发射光的模拟。

这些技术包括定向能（激光）、中微子发射、量子通信和引力波，其中许多技术都在NASA的《技术签名报告》（2018年发布）和TechnoClimes 2020研讨会上阐述了。

对于他们的研究，贾·德瓦利和扎扎·奥斯马诺夫建议寻找一些完全不同的东西：大规模量子计算的证据。量子计算的好处是有据可查的，包括处理信息的速度比数字计算快得多，并且不受解密的影响。

考虑到量子计算今天的发展速度，假设一个先进的文明可以将这项技术应用到更大的规模是完全合乎逻辑的。贾·德瓦利和扎扎·奥斯马诺夫说：

“无论一个文明多么先进，或者他们的粒子组成和化学成分与我们有多么不同，我们都被量子物理和引力定律统一在一起。这些定律告诉我们，量子信息最有效的储存者是黑洞。

虽然我们最近的研究表明，理论上可能存在由非引力相互作用产生的设备，这些设备也饱和了信息存储的能力（所谓的“saturons”），但黑洞是明显的冠军。相应地，任何足够先进的ETI都将使用它们进行信息存储和处理。”

这一想法建立在诺贝尔奖得主罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）的工作上，他提出了一个著名的观点，即通过进入能层，可以从黑洞中提取无限的能量。这个空间位于事件视界外，在那里，下落的物质形成一个圆盘，加速到接近光速，并释放出大量的辐射。

一些研究人员认为，这可能是高级ETI的最终能量来源，可以将物质送入超大质量黑洞（并利用由此产生的辐射），也可以简单地利用它们已经释放出的能量。

后一种情况有两种可能，一是利用它们吸积盘的角动量（“彭罗斯过程”），二是捕捉它们的超高速射流产生的热量和能量（可能以戴森球的形式）。

在他们后来的论文中，贾·德瓦利和扎扎·奥斯马诺夫认为黑洞可能是计算的最终来源。这是基于以下概念：a)文明的进步与其计算性能水平直接相关，b)存在某些通用的计算进步的标志，这些标志可以用作SETI的潜在技术标志。

利用量子力学原理，贾·德瓦利和扎扎·奥斯马诺夫解释了黑洞如何成为最有效的量子信息电容器。这些黑洞很可能是人造的、微型的，而不是巨大的、自然产生的（为了计算效率）。

因此，他们认为，这些黑洞会比自然形成的黑洞更有能量：

“通过分析信息检索时间的简单缩放特性，我们表明，信息量和处理时间的优化表明，ETI将能量投入到创造许多微观黑洞上，而不是几个大黑洞，这是最大的好处。

首先，微黑洞的辐射强度要高得多，而且具有更高的霍金辐射能谱。其次，这种黑洞必须通过加速器中的高能粒子碰撞来制造。这种制造必然会伴随高能辐射特征。”

霍金辐射是为了纪念已故的伟大的斯蒂芬·霍金而命名的，理论认为，由于相对论量子效应，霍金辐射会在黑洞的视界外释放。这种辐射的发射降低了黑洞的质量和旋转能量，理论上导致了它们最终的蒸发。

上图：为了纪念斯蒂芬·霍金博士，COSMOS中心将创建宇宙最详细的3D绘图工作。

贾·德瓦利和扎扎·奥斯马诺夫说，由此产生的霍金辐射在本质上是“民主的”，这意味着它将产生许多不同种类的亚原子粒子，这些粒子可以被现代仪器检测到：

“霍金辐射的伟大之处在于，它在所有现有的粒子物种中都是普遍存在的。因此，ETI量子计算机必须辐射“普通”粒子，如中微子和光子。特别是中微子，由于具有超凡的穿透能力，可以避免被屏蔽的可能性，因此是极好的信使。

特别是，这以非常高能中微子通量的形式提供了ETI的新指纹，这些中微子既来自存储微黑洞的霍金辐射，也来自制造它们的碰撞‘工厂’。辐射的霍金分量被认为是非常高能量的黑体谱的叠加。

在这篇论文中，我们已经证明了南极冰立方中微子天文台可以观测到这种技术特征。然而，这只是SETI一个非常令人兴奋的新方向的一个潜在例子。”

在许多方面，这一理论与天体物理学家和数学家约翰·d·巴罗（John D. Barrow）在1998年提出的巴罗量表的逻辑相呼应。巴罗量表是卡尔达肖夫量表的修订版本，它认为文明的特征不应表现为对外层空间（即行星、太阳系、星系等）的物理掌握，而应表现为对内部空间的掌握 —— 即分子、原子和量子领域。

这个尺度是超越假设的核心，这是费米悖论的一个提议的解决方案，该解决方案表明ETI将“超越”我们所能认识到的任何东西。

这是该理论另一个令人兴奋的方面，即它如何为费米悖论提供了另一种可能的解决方案。正如他们解释的那样：

“到目前为止，我们完全忽视了SETI的自然方向，即由人造黑洞霍金辐射产生的高能中微子和其他粒子。因此，对这种高能粒子的各种实验搜索可能会为宇宙可观测部分中高级ETI的存在提供极其重要的线索。”

简而言之，当我们观察宇宙时，我们看到的“大寂静”可能是因为我们一直在寻找错误的技术特征。

毕竟，如果外星生命已经超越了人类（考虑到宇宙的年龄，这似乎是合理的），那么他们在很久以前就已经超越了无线电通信和数字计算。这一理论的另一个优点是，它不需要适用于所有的外星文明，就能解释为什么迄今为止我们还没有听到任何文明的声音。

上图：弗兰克·德雷克博士在白板上潦草地写下德雷克方程式。

考虑到计算发展的指数级速度（以人类为模板），先进文明可能有一个很短的窗口，在这个窗口中他们可以用无线电波长进行广播。这是德雷克方程的关键部分：L参数，它指的是文明社会必须向太空释放可探测信号的时间长度。

与此同时，这项研究为SETI在未来几年的调查提供了另一种潜在的技术特征。这个悖论仍然存在，但我们只需要找到一个先进生命的迹象就能解决它。

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