第244章 套娃计算机大脑（2/2）

但如果我们暂时忽略背景辐射的影响，要建造一个温度约为地球表面百分之一（即接近宇宙背景温度）的球体，其表面积需要是地球的 1 亿倍（100 的四次方），这意味著它的半径需要是地球到太阳距离的 10000 倍（10000 个天文单位），约为 1/6 光年（或 2 个光月），直径则是这个数值的两倍 —— 顺便说一句，这比太阳的直径大约 400 万倍，表面积约为太阳的 16 万亿倍。这样一个巨大的物体是不可能被忽略的。而且，由於它还会吸收並重新发射来自外部的所有背景辐射，它的实际温度也不会低到宇宙背景温度。

有时会有人向我建议，或许它的温度可以足够接近宇宙背景温度，从而实现隱藏 —— 因为宇宙微波背景辐射中存在冷热区域。但我认为大多数人没有意识到，那些所谓的 “冷点”（例如让宇宙学家感到困惑的、温度低於 2.7 开尔文的巨大区域），实际上与 2.7 开尔文的標准值偏差还不到千分之一开尔文（通常仅为 70 微开尔文）。如果某个区域的温度偏差达到千分之一开尔文，用我们现在的现代技术就能探测到 —— 这就像有人在一张白色画布上画了一些略带米色的色块和几个浅灰色斑点，然后又在上面画了一个大大的黑色標记来压低亮度，这样的差异是无法掩盖的。因此，即使戴森球想偽装成一个 “热点”，它也必须造得异常巨大，以至於需要將周围的其他恆星移开才能避免被包含进去，这绝不是一件低调或隱蔽的事情。

不过，让我们暂时以这个 10000 个天文单位半径的球体为例 —— 它的表面积是传统戴森球的 1 亿倍。我之前提到过，建造一个非常基础的戴森群並不需要太多材料，一颗大型小行星或一颗非常小的行星就足够了（只要足够薄）；但一个表面积是其 1 亿倍的结构，就需要 1 亿倍的建筑材料，这需要消耗数百颗恆星的物质。很难想像这会被认为是一个实用的方案，尤其是考虑到將所有这些建筑材料从氢聚变而成所释放的能量，將是太阳整个生命周內释放能量的数百倍 —— 这同样不是一件低调或隱蔽的事情。因此，我们实际上无法利用 2.7 开尔文这个低温热源进行计算，也无法用它来隱藏戴森球 —— 接近这个温度不仅不可能，而且极其不切实际。

將戴森群建造到冥王星轨道附近是一个相当合理的选择：此时所需的材料质量仅为普通戴森球的几千倍（而非 1 亿倍），而且在这个温度下，我们基本上仍然可以忽略背景辐射的影响。但超过冥王星轨道后，收益就会急剧递减。不过，如果我们用黑洞代替恆星作为能量来源，並且宇宙微波背景辐射的温度降至更低，这种情况就会发生很大变化。

我已经提到了热机效率的卡诺极限，而戴森球无疑就是一种热机。之前我还提到过一个叫做 “兰道尔极限”的概念，它设定了在给定能量和温度下，一个处理器所能实现的最大计算量。如今的所有计算机都远未达到这个极限 —— 如果达到这个极限，一盏灯的能量就足以驱动数百万台超级计算机，或者进行整个人脑的模擬。

但对於套娃大脑来说，兰道尔极限也必须被考虑在內。我有点失望的是，似乎还没有人对此进行过相关分析。恆星的光度（即能量输出）决定了每一层可用於计算的最大能量；卡诺定理告诉我们，我们实际能將其中多大比例的能量转化为有用功（在这里就是计算）—— 再次强调，如果各层之间的距离按四倍递增，温度按一半递减，那么每一步的效率都是 50%；而兰道尔极限则告诉我们，用这些能量我们能进行多少次计算，或者说每次计算所需的最低能量 —— 这与温度呈线性关係。因此，如果每一层都运行在兰道尔极限下，那么温度较低的內层实际上比外层进行的计算更少：每一层的温度是前一层的一半，其计算量却是前一层的两倍。不过，这並不意味著它 “更聪明”—— 虽然它的计算量是两倍，但分布在 16 倍的表面积上，所以或许可以说它 “更聪明但速度更慢”。对於这样的结构来说，信號延迟是一个相当大的问题 —— 但这只针对单一意识体而言。我们通常会將套娃大脑想像成单一意识体，这也是它被称为 “大脑” 的原因，但它完全可以不是单一的：你可以在上面运行大量较小的意识体（人类或更大的意识体），这样就不会存在延迟问题了。

根据目前对运行人类大脑所需计算能力的估算，一块邮票大小的太阳能电池板就足够了。但让我们在嵌套式套娃大脑的背景下，更正式地分析一下这个问题。假设一切都完美运行，我们只需要考虑卡诺极限和兰道尔极限。很容易发现，实际上只有最外层才是关键 —— 每一层的计算量都是下一层的一半，因此总计算量就是 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8 + ……，总和为 2，这恰好抵消了卡诺极限带来的 50% 效率损失。无论恆星的温度如何，只要与宇宙微波背景辐射相比，最终的总效率都接近 100%。真正的能量潜力来自最外层的低温，而非恆星的高温 —— 不过，这只有在我们能真正在兰道尔极限下进行计算时才能实现。

你可以逐层计算然后求和，但结果总会大致相当於最外层以接近 100% 的效率运行，並在该温度下进行计算。整个套娃大脑的总计算能力约为 10??赫兹，比你现在刷视频所用的设备（无论是什么）的计算能力高出约 40 个数量级（10000 万亿万亿万亿倍），比我们目前估算的模擬人类大脑所需的计算能力高出 34 个数量级。因此，理论上，这个套娃大脑可以同时並实时模擬 103?个人类意识体（即 100 亿万亿万亿个）—— 这比地球上现有的约 100 亿人口，或者传统戴森球预计能容纳的约 10 万亿人口（1013）要多得多。

如果將套娃大脑扩展到整个星系，在每颗恆星周围都建造一个，计算能力还能再增加 10 到 11 个数量级，达到约 10??或 10??赫兹。对於这些意识体来说，至少在它们自己的思维层面，完全不需要担心延迟问题 —— 即使它们的运行速度比正常人类大脑快得多，或者规模大得多。位於高温內层的意识体，其能量来源可能比铅笔头还小；即使在最外层，所需的能量来源也只是一块普通尺寸的现代太阳能电池板。

如果是用於模擬人类意识体，这么庞大的计算能力能做什么就很明显了。我通常不认为这是 “模擬”—— 意识就是意识，无论它运行在脑细胞、计算机晶片上，还是像我们在超人类主义视频中提到的，由一百万只猴子或蚂蚁各自复製脑细胞的行为来实现。但无论採用哪种方式，这些计算能力都可以用来承载人类意识。另一方面，如果我们谈论的是一个单一的巨大意识体，或者一个问题解决工具，就很难想像这么庞大的计算能力能用来做什么了 —— 尤其是如果我们將它 “升级”，围绕一颗表面温度高得多、能量输出是太阳数万倍的巨型恆星（如蓝巨星），甚至是数百万倍亮度的恆星，或者围绕一颗中子星建造，以便在紧迫的时间內解开宇宙的奥秘，或者计算圆周率的数万亿位小数。

至於这么庞大的计算能力到底能用来做什么，我的答案是：我完全不知道。我通常会认为，像突破光速、违背热力学定律、跃迁至其他宇宙这类事情，要么是无论投入多少计算能力都完全不可能实现的，要么是用远不及 “神级意识体”（这是唯一能合理描述单一意识体形態套娃大脑的词汇）的计算能力就能解决的。我不知道它们会花时间思考什么，但当你拥有在一瞬间就能毫不费力地模擬数万亿个世界及其整个歷史的计算能力时，这会为我们之前討论过的 “模擬假设” 带来一些奇特的启示。几周前我们討论过超级智能，但除了给出一个大致定义外，並没有取得太多进展。在我读过的无数科幻小说和短篇故事中，我从未见过任何一个虚构作品能以令人信服的方式描绘出一个比人类小得多的智能体，更不用说这种巨型智能体了。

好了，以上就是关於套娃大脑的全部內容，这也结束了我们对戴森球的探討，在某种程度上也標誌著 “巨型结构” 系列在规模上的终结。从规模上看，我们可以进一步探討跨星繫结构，甚至利用多个星系的结构，但这本质上只是规模的扩大，而非概念的创新。从时间维度上，我们可以超越这些结构，探討当恆星不再可用时，这类物体可能以何种略有不同的形式继续存在。

生態建筑和行星城市之间联繫紧密，因此我倾向於將它们视为一个整体主题， —— 尤其是因为有很多內容需要涵盖。一个流行文化中的行星城市，还必须考虑到围绕行星运行的大量空间站、卫星和棲息地，它们就像港口、铁路调车场和郊区对於大型都市区一样，是这个 “世界城市” 不可或缺的一部分。