Ⅳ類文明
一次我在倫敦天文館作講演時，一個 10 歲小男孩來到我麵前，堅持說肯定存在著Ⅳ類文明。我提醒他說，因為隻有行星、恒星和星係，隻有它們才是萌生智慧生命的平台。[22]但他聲稱，Ⅳ類文明可以利用整個空間（continuum）的能量。
我意識到，他說的沒錯。如果能有Ⅳ類文明，它的能源可能超出星係，比方說，我們身邊看到的暗物質構成了宇宙中物質/能量含量的73%。雖然它有可能是一種巨大的能量儲備——宇宙中遠為最大的——但這種反引力場散布在宇宙中廣大的虛空地帶，因此在空間中的任何一個點上都是極度微弱的。
尼古拉·特斯拉（Nikola Teslas）是個電氣天才，也是托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）的競爭對手，曾寫過大量的文章論述如何利用真空能量。他相信真空中蘊藏著難以計數的能量資源。他認為，如果我們能有辦法開啟這一看不見的能量，那它就會引起整個人類社會的革命性變化。然而，要想利用這種神奇的能量是極端困難的。例如要在海洋中尋找金子。海洋中分布的金子，可能比諾克斯堡（美國國家黃金儲藏地）以及世界上所有其他金庫中的黃金還要多。然而，要在如此廣大的區域中采掘這種黃金，其費用高到令人望而生畏。因此，躺在海底的黃金從來沒有人去采掘過。
與此一樣，暗物質中隱藏的能量超過了恒星和星係的全部能量含量。然而它散布在幾十億光年的區域中，難以集中起來。但是，根據物理學定律，我們還是可以想象，先進的Ⅲ類文明在耗盡了星係中恒星的能量之後，可能會想出辦法來開采這種能源，從而過渡到Ⅳ類文明。
信息分類
以新技術為基礎，可以對這種分類進一步細化。卡爾達舍夫（Kardashev）是在20世紀60年代第一次寫出這一分類的，那時計算機微型化進程還沒有開始，納米技術還沒有取得進步，還沒有意識到環境惡化問題。根據這些新發展，先進的文明可以以一種稍微不同的方式進步，對我們今天經曆的這種信息革命加以充分利用。
由於先進文明是以幾何級數般的速度發展的，所產生的巨量廢熱會把行星的溫度提高到危險的程度，造成氣候問題。皮氏培養皿中的細菌族群會以幾何級數增長，直至耗盡食物來源，毫不誇張地淹死在自己排出的廢物中。與此類似，由於太空旅行在未來幾個世紀仍將昂貴到令人望而卻步，要想對附近的行星進行地球化改造，即使可能的話，也將是一場艱巨的經濟和科學挑戰，一個演進中的Ⅰ類文明要麼淹死在自己的廢熱中，要麼把它的信息產品微縮簡約化。
要了解這種微縮化的效率，想一想人類的大腦：它包含了大約1 000億個神經元（與可見宇宙中星係的數量一樣多），卻幾乎不產生任何熱量。大腦顯然可以毫不費力地進行每秒百萬之四次方（1024）比特的運行，以此類比，如果我們今天的計算機工程師也要設計出有這種能力的電子計算機的話，它可能就要像幾個街區那樣大，而且還需要有一座水庫來給它降溫。然而我們的大腦可以進行最為深邃的思索，而不會出一滴汗。
大腦能夠做到這一點，得益於它的分子和細胞結構。首先，它根本不是個計算機（也就是標準意義上的圖靈〔Turing〕機，有輸入磁帶，輸出磁帶以及一個中央處理器）。大腦沒有操作係統，沒有Windows，沒有CPU（中央處理器），沒有奔騰芯片，沒有這些通常與計算機相聯係的東西。它是一個高效的“神經網絡”，是個學習機器，記憶和思維模式分布在整個大腦中，而不是集中在一個中央處理器中。大腦的計算速度甚至並不十分快，因為沿神經元傳達的電信號是化學性質的。但由於它能夠進行多重處理，並能夠以天文數字般的高速對新任務進行學習，因此彌補了這些不足，而且綽綽有餘。
為了對電子計算機的粗笨效率進行改進，科學家正試圖采用一些新穎的想法，許多都取法大自然，從而建造出下一代的微縮計算機。普林斯頓的科學家們已經能夠在DNA分子上進行計算了（把DNA作為一段計算機磁帶，其基礎不是二進製的0和1，而是四種核酸：A、T、C和G）；他們的DNA計算機解出了包括幾座城市之間的“貨郎擔問題”（也就是計算出連接 N 座城市的最短路徑的問題）。同樣，分子晶體管也已在實驗室中建成，甚至連第一個原始的量子計算機（可以以一個個原子為基礎進行計算）也已經建成了。
鑒於納米技術方麵的進步，可以想象，先進的文明會找到比這遠為更高效的方法進行發展，而不是製造出巨大的廢熱，危及他們的生存。
A至Z類
薩根（Sagan）提出了另一種方法，按照它們的信息含量對先進文明進行排序，這些信息對於任何試圖離開這個宇宙的文明都是必不可缺的。例如，A類文明能夠處理106比特的信息。這對應於沒有書麵文字，隻有口頭語言的原始文明。為了理解A類文明中含有多少信息，薩根以一個叫做“二十個問題”的遊戲為例。在這個遊戲中，你可以問 20 個隻能以“是”或“否”來回答的問題，從而辨認出一種神秘的東西。其中一種做法是，問一些可以把世界分為兩大類的問題，例如，“它是活的嗎？”問過20個這樣的問題以後，我們就已經把世界分成了220份，或者說106份，而這就是一個A類文明所包含的全部信息。
一旦發明了書麵文字，全部信息量就開始迅速爆炸。麻省理工學院的物理學家菲利普·莫裏森（Phillip Morrison）估計，古希臘時代全部遺存下來的書麵遺產大約為109比特，或者相當於薩根排序中的C類文明。
薩根對我們當今的信息含量進行了估計。通過對全世界所有圖書館的藏書數量（數以千萬計），以及每本書的頁數進行估計，他的結論是有1013比特的信息。如果把照片包括進去的話，這個數量可以達到 1015 比特。如果這樣的話，那我們就是一個H類文明。由於我們的能量和信息產出量低，我們可以被歸類為01 7 H類文明。
他估計，我們第一次接觸到的地外文明至少將屬於11 5 J或11 8 K類，因為他們已經掌握了恒星星際旅行的動力學。這樣的文明最低限度也要比我們的先進幾個世紀到幾千年。同樣，一個星係級Ⅲ類文明的標誌，將是每顆行星上的信息含量乘以該星係中能夠支持生命的行星的數量。他估計，這樣一個Ⅲ類文明應屬於Q類。他估計，一個能夠掌控十億星係，也就是可見宇宙的大部分信息含量的先進文明可以夠得上Z類文明。
這不是一項可有可無的學術演算，任何即將離開這個宇宙的文明都必將計算宇宙另一邊的條件。愛因斯坦的方程是出了名的困難，因為要計算出任何一個點上的空間曲度，你必須知道宇宙中一切物體的位置，每一個都影響到空間的曲度。你還必須知道對黑洞的量子修正值，而這在目前還是無法計算的。由於這項工作的難度大大超出了我們計算機的能力，現今的物理學家通常是研究隻含有一個已經坍塌的恒星的宇宙，來對黑洞進行近似計算。要對黑洞的事件穹界之內或靠近蟲洞洞口處的動力學有一個更為接近實際的理解，我們必須知道所有鄰近恒星的位置和能量，並對量子漲落進行計算。這又是困難到了令人生畏的事情。要解開一個處在空寂宇宙中單獨一顆恒星的方程已然十分困難，更不要說漂浮在已膨脹的宇宙中的幾十億個星係了。
這就是為什麼任何一個想要進行穿越蟲洞之旅的文明必須具備遠遠超過像我們這種01 7H類文明的計算能力。也許到了Ⅲ Q類文明才能夠具備最低限度的能量和信息來認真考慮進行這種躍遷。
同時也可想象得到，智慧生命的分布也可能不限於卡爾達舍夫分類的範圍，正如馬丁·裏斯爵士說的：“不難想象，即使現在生命隻存在於地球上，它最終還是會遍布銀河係，並超出銀河係。所以，生命不會永遠都隻是宇宙中無關緊要的示蹤染色劑，即便它現在是。事實上，我覺得這是個非常吸引人的觀點，而且我覺得如果人們能廣泛持有這種觀點，那將是值得慶幸的。”但是他告誡我們：“如果我們自己把自己斷送掉，那我們就毀滅了宇宙真正的潛力。所以，即便我們現在相信，生命是地球所獨有的，那也並不意味著生命將永遠是宇宙中無關緊要的一部分。”
一個先進的文明準備離開他們的垂死的宇宙時，會做那些方麵的考慮呢？它必須要克服一係列大的障礙。
第一步：創立一種萬物理論，並對其進行測試
想要離開這個宇宙的文明所遇到的第一個障礙就是要完成一個萬物理論。不管它是不是弦理論，我們都必須有一種辦法來對愛因斯坦方程做出可靠的量子修正，否則我們的理論就都沒有用。幸運的是，由於M理論進展迅速，全球一些最有創造力的頭腦都在對這個問題攻關，用不了多久，在幾十年中，甚至更短的時間內，我們就將得出結論，它究竟是一個真正的萬物理論，還是什麼都不是。
一旦找到了萬物理論，或叫量子引力理論，我們就需要運用先進的技術對這個理論所能帶來的後果進行測試。有幾種可能性，包括建造大型原子擊破器來製造超粒子，甚至在太空中，或在太陽係範圍內各顆行星的衛星上建立巨型引力波探測器。（行星的衛星是相當穩定的，壽命很長，不受侵蝕，沒有大氣幹擾。所以，行星際引力波探測係統應能窺探到大爆炸的細節，解決我們在量子引力以及創建新宇宙方麵所存有的任何問題。）
一旦找到了一個量子引力理論，而且巨型原子擊破器和引力波探測器也證明了它的正確性，那麼我們就可以開始回答有關愛因斯坦方程和蟲洞的一些至關重要的問題了：
1.蟲洞穩定嗎？
穿越克爾（Kerr）旋轉黑洞時的問題在於，正是你本身的存在打亂了黑洞；在你通過愛因斯坦羅森橋，還沒有完全穿越它的時候，它就會坍塌。這項穩定性計算必須根據量子修正重新計算，量子修正可能會使計算結果完全不同。
2.存在奇異嗎？
當我們從連接兩個不同時間區域的可穿越性蟲洞通過時，蟲洞入口處的輻射會積聚到無窮大，造成災難性結果。（這是因為，輻射可以穿越蟲洞，沿著時間回溯，經過許多年之後再第二次進入蟲洞。這一過程可以無窮次地重複，造成無窮大的輻射積聚。但是，如果多世界理論成立的話，那麼這個問題就可以解決，輻射每穿越一次蟲洞，宇宙就分裂一次，這樣就不會有無窮大的輻射積聚。我們要有了萬物理論才能解決這一奧妙問題。）
3.我們能夠找到大量的負能量嗎？
負能量是打開蟲洞並使之穩定下來的關鍵因素，現在已經證明是存在的，但隻有很少的數量。我們能夠找到足夠數量的負能量，打開蟲洞並使之穩定下來嗎？
如果能找到這些問題的答案，那麼先進文明就可以認真考慮如何離開這個宇宙，否則就注定消亡。這有幾種可能性。
第二步：找到自然出現的蟲洞和白洞
蟲洞、維度出入口以及宇宙弦可能在外太空中自然存在。在大爆炸的一瞬間，當巨量的能量釋放到宇宙中的時候，蟲洞和宇宙弦可能就自然形成了。然後，早期宇宙的膨脹可能使這些蟲洞擴張到非常巨大。此外，外太空中也有可能存在奇異的物質或負物質。這將對我們逃離垂死宇宙的努力起到極大的幫助。然而，我們無法保證自然中確實存在這些物質。從來沒有任何人見過這些物質，而且要把所有智慧生命的命運押在這個假設上，風險實在太大。
其次，通過對天空進行掃描，有可能找到“白洞”。愛因斯坦的方程式中有了白洞這個解，時間就可以倒轉，物體就會以被黑洞吸進去的同樣方式，被從白洞中彈出。白洞也許可以在黑洞的另一端找到，這樣，進入黑洞的物質最終會從白洞出來。迄今為止，所有的天文搜索都還沒有找到白洞的證據，但是有了下一代建立在太空的探測器以後，它們的存在可能被證實。
第三步：發射探測器穿越黑洞
利用像蟲洞這類的黑洞絕對有優越性。我們現在已經發現，宇宙中的黑洞相當多；如果能夠解決大量的技術難題，先進的文明一定會認真考慮將黑洞作為脫離宇宙的逃生艙口。同時，如果穿越黑洞的話，我們就不受不能回到時間機器被創造出來之前的時代的這項約束了。處於克爾環（Kerr ring）中心的蟲洞可能把我們的宇宙與很不相同的宇宙連接起來，或聯係到同一個宇宙的不同點上。解惑的唯一辦法是用探測器進行試驗，並用超級計算機計算宇宙中物質的分布情況，計算出穿過蟲洞時所需要的對愛因斯坦方程的量子修正。
目前，大多數物理學家相信，穿越黑洞之旅會是致命的。然而，我們對黑洞物理學的理解還隻是在初級階段，還從來沒有人對這一猜想進行測試。為了辯明論點，可以假設穿越黑洞之旅是可能的，特別是穿越一個旋轉著的克爾黑洞。那麼，任何先進文明都會認真考慮對黑洞內部進行探測。
由於穿越黑洞之旅是有去無回的，由於靠近黑洞的地方存在著巨大的危險，先進文明有可能先找一顆鄰近的恒星黑洞，首先發射一個探測器來穿越它。在它最終穿過事件穹界並失去一切聯係之前，探測器可以發回寶貴的信息。（穿越事件穹界可能相當危險，因為事件穹界周圍有強大的輻射場。進入黑洞的光會發生藍移，因此在接近中心的時候會增強能量。）任何近距離經過事件穹界的探測器必須具備完善的防護罩，以抵禦這種強大的輻射場。此外，這還有可能破壞黑洞本身的穩定，使事件穹界變為一個奇點（singularity），從而關閉蟲洞。探測器將精確測定事件穹界附近有多少輻射，以及在存在所有這種能流的情況下，蟲洞是否仍然保持穩定。
探測器進入事件穹界之前收集到的數據必須以無線電發射到附近的太空船上，但這就又出現了另一個問題。對於這些太空船上的觀察者來說，隨著探測器離事件穹界的距離越來越近，它在時間上似乎放慢了。當它進入事件穹界的時候，探測器事實上看起來似乎在時間中凍結了。為了避免這個問題，探測器必須在離開事件穹界一定距離的地方發射其數據，否則無線電信號會紅移得非常嚴重，以致無法辨認它的數據。
第四步：建立一個慢動作的黑洞
一旦通過探測把黑洞事件穹界附近的特性詳細調查清楚了以後，下一步可能就要實際建立一個慢動作的黑洞，用它來做試驗。Ⅲ類文明可能會把愛因斯坦論文提示的那些結果再現出來，也就是，黑洞永遠不會從塵埃和粒子形成的旋渦中產生。愛因斯坦曾試圖證明，聚集在一起旋轉的粒子，僅憑它們自己是達不到史瓦西半徑的（因此也就不可能形成黑洞）。
旋轉的物質本身可能不會收縮成黑洞，但這就開啟了一種可能性，讓我們可以人為地慢慢向這個旋轉中的係統注入新的能量和物質，強製這些物質逐漸在史瓦西半徑之內通過。這樣，先進文明就可以以可操控的方式操縱黑洞的形成。
例如，我們可以想象，一個Ⅲ類文明把大小與曼哈頓差不多，但比太陽還要重的中子星圍攏起來，讓這些死恒星形成旋渦在一起旋轉。引力會逐漸把這些恒星拉得越來越近。但正如愛因斯坦已經證明的，它們將永遠達不到史瓦西半徑。這時，這一先進文明的科學家將小心翼翼地往這個“混合料”中加進新的中子星。這可能就足以打破平衡，使這群旋渦狀的中子材料收縮到史瓦西半徑以內。結果，這群星會收縮成一個自旋的環，也就是克爾黑洞。通過對各種中子星的速度和半徑進行控製，這樣一個文明將能夠使克爾黑洞按照它所想要的慢速度打開。
再不然，一個先進的文明可能會試著把小型中子星組合成一個單一不動的物質，直至它的大小達到3個太陽質量，這大致相當於中子星的錢德拉塞卡爾極限（Chandrasekhar limit）。超過這個極限，這顆星就會因其自己的引力而內爆成一個黑洞。（先進文明必須小心，不使製造黑洞的過程引發一次像超新星一樣的爆炸。收縮成黑洞的過程必須非常小心精確地逐步進行。）
當然，不論什麼人穿越事件穹界，那都將隻能是有去無回，沒有其他可能。但對於麵臨注定滅絕的先進文明來說，有去無回的旅程也許是唯一的選擇。然而，當人穿越事件穹界的時候，還有一個輻射問題。跟隨我們穿越事件穹界的光束，其頻率會越來越高，強度也隨之變得越來越大。這有可能造成輻射雨，可以對穿過了事件穹界的任何宇航員造成致命傷害。任何先進文明都必然要精確計算這種輻射的程度，以便建造合適的保護罩，防止不被煎熟。
最後，還有一個穩定性問題：克爾環中心的蟲洞是否足夠穩定，可以完全掉落下去？這個問題的數學解還沒有完全弄清楚，因為我們需要運用量子引力理論才能進行正確的計算。也許，克爾環隻有在某些非常嚴格的條件下才是穩定的，讓物質從蟲洞中掉落下去。這個問題必須運用量子引力數學並通過對黑洞本身進行試驗來小心地解決。
總之，穿越黑洞無疑是一次非常困難和危險的旅程。從理論上來說，在進行了廣泛的實驗，並對所有的量子修正都做了正確計算以前，不能把它排除。
第五步：建立一個嬰宇宙
到現在為止，我們一直假定穿過黑洞是有可能的。現在讓我們來做相反的假設，也就是，黑洞太不穩定，充滿了致命的輻射，那麼人可能就想走一條更為艱難的道路：建立一個嬰宇宙。先進文明能夠建立一個通向另一個宇宙的逃生艙口這一概念，引起了像艾倫·古思這樣一些物理學家的極大興趣。由於在膨脹理論中，建立一個假真空是極為關鍵的一步，古思猜想，某些先進文明是否會建立一個假真空，並在實驗室中創造出一個“嬰宇宙”。
一開始，建立一個宇宙的想法看似荒誕。因為說到底，正如古思指出的那樣，要建立我們這樣一個宇宙，你要有“1089個光子、1089個電子、1089個正電子、1089個中微子、1089個反中微子、1089個質子和1089個中子”。這雖然聽起來使人望而生畏，但古思提醒我們，雖然宇宙中的物質/能量含量相當大，但它受到由引力中派生出來的負能量的製衡。淨物質/能量可能隻有1盎司（28 1 349 5克）那麼多。古思謹慎地說：“這難道意味著物理定律真的能允許我們隨心所欲地創造一個新宇宙嗎？如果我們真的打算照這個方子抓藥，我們會立刻遭遇一個惱人的難題：由於一個 10-26 厘米直徑的假真空的質量是 1 盎司，它的密度就會達到驚人的每立方厘米 1080克！……如果整個觀察到的宇宙的質量被壓縮到假真空的密度，那它的體積會比一個原子還小！”假真空應該是時空中很微小的一個區域，那裏會發生不穩定，會在時空中出現斷裂。在假真空中，可能隻需要幾盎司的物質就可以創造一個嬰宇宙，但你必須把這微量的物質以天文數字的程度壓縮到極小。
可能還可以有其他辦法來創造嬰宇宙。你可以把空間的一小塊區域加熱到1029開氏度（degrees K），然後把它迅速冷卻。據推測，在這個溫度上，空間時間變得不穩定；微小的泡泡宇宙開始形成，由此創造出一個假真空。這些微小的嬰宇宙隨時都在產生著，但壽命很短，但在這種溫度下則可能會變成真正的宇宙。這一現象在普通電場效應中已經司空見慣。（例如，如果我們創造一個足夠大的電場，真空內外不斷出現的虛擬電子反電子對會突然變成真實的，使這些粒子一躍而成為現實存在的。這樣，空無所有的空間中所集中的能量會把虛擬粒子轉化為真實粒子。同樣，如果我們對單獨一個點施加足夠的能量，從理論上來說，虛擬的嬰宇宙可能會無中生有，一躍而成為現實存在。）
圖 13 先進文明可能會有若幹種方法來人工創建嬰宇宙。可以把幾盎司的物質聚集到極高的水平，或者也可能把物質加熱到普朗克溫度。
假設可以達到這種難以想象的密度或溫度，那麼嬰宇宙的形成過程可能就會像上麵這個樣子。在我們的宇宙中，可以用強大的激光束和粒子束把一小點物質壓縮和加熱到難以置信的能量和溫度。我們永遠也不會看到嬰宇宙開始形成的樣子，因為它是在奇點的“另一邊”膨脹，不在我們這個宇宙中。這個備用嬰宇宙將有可能通過其自己的反引力在超空間中膨脹起來，從我們這個宇宙分裂出去。因此，我們將永遠看不到在奇點的另一邊有一個新宇宙正在形成這一現象。但是蟲洞會像臍帶一樣地把我們與嬰宇宙聯係起來。
然而，這種在爐子裏炮製宇宙的方法存在一定的危險。把我們這個宇宙與嬰宇宙連接在一起的這個臍帶最終會蒸發，產生出相當於 500 千噸（kiloton）核爆炸的霍金輻射，大約相當於廣島原子彈能量的25倍。所以，想在爐子裏炮製新宇宙是要付出代價的。
這種建立假真空的學說中最後的一個問題是，稍一不慎新宇宙將直接坍縮成一個黑洞，大家還記得，根據我們的假說，這將是致命的。其原因是彭羅斯定理，根據這個定理，在各不相同的許多情景下，足夠大量的物質一旦大量集聚，就不可避免地會坍塌為黑洞。由於愛因斯坦的方程具有時間反演不變性，也就是說，可以從時間上向前或向後演算，這意味著，任何從嬰宇宙中掉落出去的物質都會在時間上反演，從而造成黑洞。這樣，在建造嬰宇宙時必須非常小心，以避免彭羅斯問題。