【最新研究】物理學家稱：外星人可能會將黑洞作為巨型量子計算機

:0:0

如果生命在我們的宇宙中是普遍的，那麼我們有充分的理由懷疑它，為什麼我們沒有看到到處都有生命的證據呢？這就是費米悖論的本質，這個問題幾乎自現代天文學誕生以來就一直困擾著天文學家和宇宙學家。

上圖：微小的黑洞可以被用作終極量子計算機，我們可以尋找它們的特征。
這也是哈特-蒂普勒猜想（Hart-Tipler Conjecture）背后的原因。哈特-蒂普勒猜想是眾多提出的解決方案之一，該猜想斷言，如果在過去的某個時候，我們的銀河系出現了高級生命，我們將在我們所看到的任何地方都能看到它們活動的跡象。可能的跡象包括自我復制的探針、巨型結構和其他 III 類活動。
另一方面，幾項擬議的決議挑戰了高級生命將在如此大規模的范圍內運行的概念。另一些人則認為，先進的外星文明可能會從事一些讓他們不那麼引人注目的活動。
在最近的一項研究中，一個德國-格魯吉亞的研究團隊提出，先進的外星文明（ETCs）可以使用黑洞作為量子計算機。

上圖：活躍的超大質量黑洞的想象圖。
如果從計算的角度來看，這是有道理的，并為我們觀察宇宙時所看到的明顯缺乏活動提供了解釋。
這項研究是由馬克斯普朗克物理研究所的理論物理學家賈·德瓦利（Gia Dvali）和第比利斯自由大學的物理學教授扎扎·奧斯馬諾夫（Zaza Osmanov）進行的，他是 Kharadze 格魯吉亞國家天體物理天文台和SETI研究所的研究員。
這篇描述他們發現的論文最近出現在網上，正在接受《國際天體生物學雜志》的審查。
第一次SETI調查（Ozma計劃）是在1960年進行的，由著名天體物理學家弗蘭克·德雷克（Frank Drake）博士（他提出了德雷克方程）領導。這項調查依靠綠岸天文台26米（85英尺）的射電望遠鏡來收聽來自附近的鯨魚座τ星和波江座恒星系統的無線電傳輸。

從那時起，絕大多數SETI項目都致力于尋找無線電技術特征，因為無線電波能夠在星際空間傳播。正如物理學家賈·德瓦利和扎扎·奧斯馬諾夫解釋的那樣：
「目前，我們主要在尋找無線電信息，已經有幾次嘗試研究天空，以尋找所謂的戴森球候選者 —— 圍繞恒星建造的巨型結構。另一方面，SETI的問題是如此復雜，人們應該測試所有可能的渠道。
技術簽名的整個「光譜」可能要寬得多：例如，巨型結構的紅外或光學發射也是圍繞脈沖星、白矮星和黑洞建造的。一個全新的‘方向’必須是尋找這些技術簽名的異常光譜可變性，這可能會將它們與正常的天體物理物體區分開來。」
對于許多研究人員來說，這種有限的關注是SETI未能找到任何技術簽名證據的主要原因之一。近年來，天文學家和天體物理學家建議，通過尋找其他技術特征和方法來擴展搜索范圍，比如向地外文明發送信息（METI）。

上圖：超大質量黑洞雙星系統發射光的模擬。
這些技術包括定向能（激光）、中微子發射、量子通信和引力波，其中許多技術都在NASA的《技術簽名報告》（2018年發布）和TechnoClimes 2020研討會上闡述了。
對于他們的研究，賈·德瓦利和扎扎·奧斯馬諾夫建議尋找一些完全不同的東西：大規模量子計算的證據。量子計算的好處是有據可查的，包括處理信息的速度比數字計算快得多，并且不受解密的影響。
考慮到量子計算今天的發展速度，假設一個先進的文明可以將這項技術應用到更大的規模是完全合乎邏輯的。賈·德瓦利和扎扎·奧斯馬諾夫說：
「無論一個文明多麼先進，或者他們的粒子組成和化學成分與我們有多麼不同，我們都被量子物理和引力定律統一在一起。這些定律告訴我們，量子信息最有效的儲存者是黑洞。

雖然我們最近的研究表明，理論上可能存在由非引力相互作用產生的設備，這些設備也飽和了信息存儲的能力（所謂的「saturons」），但黑洞是明顯的冠軍。相應地，任何足夠先進的ETI都將使用它們進行信息存儲和處理。」
這一想法建立在諾貝爾獎得主羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）的工作上，他提出了一個著名的觀點，即通過進入能層，可以從黑洞中提取無限的能量。這個空間位于事件視界外，在那里，下落的物質形成一個圓盤，加速到接近光速，并釋放出大量的輻射。

一些研究人員認為，這可能是高級ETI的最終能量來源，可以將物質送入超大質量黑洞（并利用由此產生的輻射），也可以簡單地利用它們已經釋放出的能量。
后一種情況有兩種可能，一是利用它們吸積盤的角動量（「彭羅斯過程」），二是捕捉它們的超高速射流產生的熱量和能量（可能以戴森球的形式）。
在他們後來的論文中，賈·德瓦利和扎扎·奧斯馬諾夫認為黑洞可能是計算的最終來源。這是基于以下概念：a）文明的進步與其計算性能水平直接相關，b）存在某些通用的計算進步的標志，這些標志可以用作SETI的潛在技術標志。
利用量子力學原理，賈·德瓦利和扎扎·奧斯馬諾夫解釋了黑洞如何成為最有效的量子信息電容器。這些黑洞很可能是人造的、微型的，而不是巨大的、自然產生的（為了計算效率）。

因此，他們認為，這些黑洞會比自然形成的黑洞更有能量：
「通過分析信息檢索時間的簡單縮放特性，我們表明，信息量和處理時間的優化表明，ETI將能量投入到創造許多微觀黑洞上，而不是幾個大黑洞，這是最大的好處。
首先，微黑洞的輻射強度要高得多，而且具有更高的霍金輻射能譜。其次，這種黑洞必須通過加速器中的高能粒子碰撞來制造。這種制造必然會伴隨高能輻射特征。」
霍金輻射是為了紀念已故的偉大的斯蒂芬·霍金而命名的，理論認為，由于相對論量子效應，霍金輻射會在黑洞的視界外釋放。這種輻射的發射降低了黑洞的質量和旋轉能量，理論上導致了它們最終的蒸發。

上圖：為了紀念斯蒂芬·霍金博士，COSMOS中心將創建宇宙最詳細的3D繪圖工作。
賈·德瓦利和扎扎·奧斯馬諾夫說，由此產生的霍金輻射在本質上是「民主的」，這意味著它將產生許多不同種類的亞原子粒子，這些粒子可以被現代儀器檢測到：
「霍金輻射的偉大之處在于，它在所有現有的粒子物種中都是普遍存在的。因此，ETI量子計算機必須輻射「普通」粒子，如中微子和光子。特別是中微子，由于具有超凡的穿透能力，可以避免被屏蔽的可能性，因此是極好的信使。
特別是，這以非常高能中微子通量的形式提供了ETI的新指紋，這些中微子既來自存儲微黑洞的霍金輻射，也來自制造它們的碰撞‘工廠’。輻射的霍金分量被認為是非常高能量的黑體譜的疊加。

在這篇論文中，我們已經證明了南極冰立方中微子天文台可以觀測到這種技術特征。然而，這只是SETI一個非常令人興奮的新方向的一個潛在例子。」
在許多方面，這一理論與天體物理學家和數學家約翰·d·巴羅（John D. Barrow）在1998年提出的巴羅量表的邏輯相呼應。巴羅量表是卡爾達肖夫量表的修訂版本，它認為文明的特征不應表現為對外層空間（即行星、太陽系、星系等）的物理掌握，而應表現為對內部空間的掌握 —— 即分子、原子和量子領域。
這個尺度是超越假設的核心，這是費米悖論的一個提議的解決方案，該解決方案表明ETI將「超越」我們所能認識到的任何東西。

這是該理論另一個令人興奮的方面，即它如何為費米悖論提供了另一種可能的解決方案。正如他們解釋的那樣：
「到目前為止，我們完全忽視了SETI的自然方向，即由人造黑洞霍金輻射產生的高能中微子和其他粒子。因此，對這種高能粒子的各種實驗搜索可能會為宇宙可觀測部分中高級ETI的存在提供極其重要的線索。」
簡而言之，當我們觀察宇宙時，我們看到的「大寂靜」可能是因為我們一直在尋找錯誤的技術特征。
畢竟，如果外星生命已經超越了人類（考慮到宇宙的年齡，這似乎是合理的），那麼他們在很久以前就已經超越了無線電通信和數字計算。這一理論的另一個優點是，它不需要適用于所有的外星文明，就能解釋為什麼迄今為止我們還沒有聽到任何文明的聲音。

上圖：弗蘭克·德雷克博士在白板上潦草地寫下德雷克方程式。
考慮到計算發展的指數級速度（以人類為模板），先進文明可能有一個很短的窗口，在這個窗口中他們可以用無線電波長進行廣播。這是德雷克方程的關鍵部分：L參數，它指的是文明社會必須向太空釋放可探測信號的時間長度。
與此同時，這項研究為SETI在未來幾年的調查提供了另一種潛在的技術特征。這個悖論仍然存在，但我們只需要找到一個先進生命的跡象就能解決它。

[圖擷取自網路，如有疑問請私訊]