三体的黑暗森林为什么不成立

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刘慈欣是我的偶像

我有三个偶像，另外两个是爱因斯坦和周杰伦

刘慈欣和周杰伦是青春期的重要事件

周杰伦当年连发《东风破》《双截棍》《爱在西元前》《晴天》《以父之名》《可爱女人》《七里香》《青花瓷》《菊花台》《反方向的钟》《上海一九四三》的时候

正是刘慈欣在科幻世界连发《流浪地球》《朝闻道》《乡村教师》《全频带阻塞干扰》《诗云》《中国太阳》的时候——发到《三体》是一个巨大的高峰

黑暗森林是三体里的一个理论，如刘慈欣本人所言，这是设定，是为了营造冲突让小说好看，不是真正的科学理论，科学理论要大胆假设，小心求证，小说设定则只需大胆+让小说好看即可，无需求证

黑暗森林是为了回答著名的费米悖论，费米悖论就一句话：

他们在哪？

费米悖论是问：

银河系有多少颗恒星？恒星的行星系统有多少？多少行星与地球相似？多少行星存在生命？多少生命演化出文明？多少文明能够被我们观测到？

考虑到宇宙如此之大，即使不考虑和人类形态不同的生命，只考虑和地球相似的外星球，都应该非常多，外星人的存在，应该非常普遍，但我们到现在都没见过任何外星人，向宇宙望去，也看不到任何外星文明存在的迹象

这太奇怪了

宇宙到底有多大？下面这张照片叫哈勃超深场（Hubble Ultra-Deep Field），建议全屏看，这是哈勃望远镜对着南半球天空中一小片区域拍的照片，在这张照片里：

每一个亮点代表的不是一颗星星，而是一个类似银河系的星系，而银河系里有两千亿到四千亿颗太阳这样的恒星

而这张照片，只是天空中很小很小很小很小很小很小很小很小…的区域随便一拍

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哈勃超深场（Hubble Ultra-Deep Field）

宇宙不止是大，而且是难以置信的大，不可理喻的大，让人不禁问：为什么这么大？这么大是要做什么？

但宇宙如此之大，却只有我们，至少我们抬头看天空，看不到其他人

这就是费米悖论，对这个问题有很多推测，黑暗森林是三体小说中的猜测：

宇宙太危险，大家都小心翼翼藏起来了

小说是这么推理的：

1. 生存是文明的第一需要
2. 文明不断增长和扩张，但宇宙中的物质总量保持不变
3. 猜疑链和技术爆炸

这三个前提下，推测外星文明一旦相遇，会是这样：

1. 对方是不是善意的，我不知道，我是不是善意的，对方也不知道，双方都不敢押注对方是善意的
2. 技术进步是爆炸式的：人类从石器时代到有语言三百万年，从语言到文字六万年，从有文字到工业革命只用几千年，从工业革命到信息革命只有三百年…越来越快
3. 所以就算你现在文明程度低，安全无害，但你技术会爆炸，消耗的物质和能量会越来越多，你攻击伤害我的能力也会变的越来越强
4. 宇宙的物质总量不变，你消耗的物质越来越多，那就不够用了啊，最后都不用考虑善意恶意了，只能不是你死就是我活
5. 所以所有文明都会隐藏自己，同时发现别人立即开枪攻击

小说中这么描述：

宇宙就是一座黑暗森林，每个文明都是带枪的猎人，像幽灵般潜行于林间，轻轻拨开挡路的树枝，竭力不让脚步发出一点儿声音，连呼吸都小心翼翼……他必须小心，因为林中到处都有与他一样潜行的猎人。如果他发现了别的生命……能做的只有一件事：开枪消灭之。在这片森林中，他人就是地狱，就是永恒的威胁，任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭。这就是对费米悖论的解释

小说还专门写了一个场景，地球舰队被三体人击溃后，几个飞船逃亡离开地球，互相发现自己立即处于黑暗森林场景中：

这几艘飞船，如果要到达目标星系，燃料和配件都不够，为到达目标星系，保留人类文明的火种，只能攻击其它飞船，杀死对方，把对方飞船的燃料和配件收归己用，一部分人死，或者所有人死，这时候最先抛弃心理负担，先开枪消灭其他人的飞船生存

黑暗森林就是你我必须死一个，而且不是因为我对你有恶意，而是我不得不这么做

以上大致是黑暗森林的整个理论

黑暗森林成立的前提是「资源不够，两个只能活一个」，在这个前提下，不用说，一定是你死我活。事实上三体不是第一个描述这种场景的科幻小说，科幻史上有一个经典短篇，汤姆·戈德温发表于1954年的《冷酷的方程式》：

宇航员巴顿带药品援救边疆行星突发急病的六位科考队员，飞船起飞后发现船上多了一个人，一个美丽的少女，这女孩悄悄藏到船上，想偷渡去见很久没见的哥哥，然后巴顿必须把这女孩扔出飞船：因为燃料不够，加上少女，就飞不到目的地了，把自己扔出飞船也不行，因为女孩不会开飞船，要么死六位科考队员，要么死一个女孩，这就是冷酷的方程式

这种故事有很多变体，本质都是「资源不够，两个只能活一个」，如何反驳这个点？无法反驳。这就好比数学定理，前提确定的情况下，数学定理是确定无疑无可反驳的

资源不足两个只能活一个就类似定理，前提就是资源不足，当然只能活一个，这还有什么好说的。怎么才能推翻这个结论？如果你承认它的前提，永远不能推翻，推翻前提，结论才会不同

黑暗森林成立的前提是：

1. 宇宙资源不足，不同文明之间一定会因为资源你死我活
2. 即使当前资源是够的，考虑到技术爆炸，很快也会资源不足你死我活

黑暗森林为什么不成立

1. 时间，宇宙的物质总量虽然不变，但在极其漫长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长长……的时间里这个总量对文明来说都极其充足，不同文明之间根本不会面临资源不足两个只能活一个的场景，黑暗森林差不多就是说：

因为1亿年10亿年100亿年…后，资源会不足，所以我现在就要先下手为强，开枪攻击你

2. 技术爆炸，资源反而会变多，技术的核心指标是能源利用率，技术进步能源利用率会上升而不是下降，能养活更多人而不是更少人，能创造更多财富而不是更少财富
3. 攻击是有成本的，攻击根本不是最优解，并不保证安全，反而可能更危险
4. 隐藏是做不到的，扫一眼就能看到你这里有没有文明了，想隐藏也隐藏不了
5. 文明的能力和规模正相关，规模越大，创新越多，创造财富越巨大，如果有外星人，互相整合扩大规模对技术和资源都会促进，资源会更多而不是更少

先说资源

先不用考虑整个宇宙那么大，先只考虑太阳系，做一道数学题：

成年人每天最多需要多少能量？太阳总共有多少能量？太阳的能量够100亿成年人活多少年

成年男性每天消耗1700千卡能量，成年女性1400千卡，重体力劳动者4700千卡，极限运动员比如马拉松8000千卡，取10000千卡≈

成年人每天最多消耗能量：4.18×10⁷焦耳

100亿人就是10¹⁰人 × 4.18×10⁷ = 4.18×10¹⁷焦耳 / 天，一年365天就是4.18×10¹⁷焦耳 / 天 × 365 天 ≈

100亿人一年消耗能量：1.53×10²⁰焦耳

太阳总质量约 2×10³⁰千克，其中 73% 为氢。氢聚变时约 0.7% 的质量转化为能量，质能方程 E=mc²。核心约 10% 的氢可参与聚变，因此总可转化能量为：E =（1.4×10²⁹千克 × 0.7%）×（3×10⁸米 / 秒）²≈

太阳核聚变总能量：1.3×10⁴⁶焦耳

太阳能量够100亿人活1.3×10⁴⁶焦耳÷ 1.53×10²⁰ ≈

8.5×10²⁵年

一亿年是 10⁸，8.5×10²⁵除以 10⁸ =8.5×10¹⁷亿年

所以太阳够100亿人活 8.5×10¹⁷亿年

以上计算感谢豆包支持，细节可能有出入，总之时间很久很久很久很久…这是八千亿亿…年，比什么山无棱天地合海枯石烂沧海桑田久多了，难以想象的久

你感受下这个数字，而且这个计算方式只考虑太阳氢聚变，只考虑0.7%的质量转化为能量，如果技术爆炸，技术进步到魔法一般的神级文明，可以把更多质量转化为能量，数字会比这个还要庞大的多的多的多…

有人可能会觉得能量够，可粮食不够啊，粮食吃完了怎么办？

粮食是循环的，物质是循环的，地球物质没有消失，只需输入能量，粮食就可以再生产出来，核心还是能量。顺便说个事，中国科学家最近发明了用二氧化碳直接合成淀粉的技术，合成速率比自然光合作用快8.5倍，这种技术如果工业化了，粮食生产效率会再次大幅度提高

事实上小说里三体人就算全移民到地球，太阳系的能量也够两个种族一起活千万亿亿年——小说里回避了大家一起生活能量其实完全够用这件事，只说三体人逼地球人全部移民澳大利亚，还把澳大利亚的电力供应断了（明明有电），让人类很惨——事实上，能量完全够用，比够用还够用：

太阳每天辐射到地球的能量，人类只利用了万分之一

而辐射到地球的能量，只占太阳辐射能量的22亿分之一

太阳会按这个量辐射10亿年，10亿年后，太阳的辐射功率会加大，到时候能量就更多了，问题变成了这么多能量你能不能接住的问题

「与太阳相比，所有其它能源加起来就像原始人烧一些树枝」——马斯克

与此同时，宇宙中还有超新星爆发，一瞬间输出的能量相当于太阳一百亿年输出能量的总和

然后银河系有2000亿到4000亿颗太阳这样的恒星，其中大部分没有生命，这些能量随便你用

而宇宙有无数银河系

技术爆炸

技术的核心指标是能源，如果技术爆炸，一定意味着能源技术的巨大提升，能源技术的巨大提升，一定意味着能养活更多人，而不是更少，比如人类人口从古代增长到现在的80亿，核心是能源技术的进步（粮食增产本质是能量转化效率提高），现在的饥荒已经和技术无关，是经济制度问题

小说中的三体文明更先进，能量技术更高，飞船都能加速到接近光速，假设三体人把太阳辐射利用率提升1000倍，地球上过的会是什么天堂生活，简直不敢想象——关键是提升1000倍，也只用了太阳辐射到地球能量的1/10，然后这只是太阳每天辐射能量的22亿分之一

这种生活，可以持续亿万年，然后黑暗森林说：

因为亿万年后资源不足，所以现在我们必须进行一场你死我活拼尽全力的互相攻击——这个攻击还可能导致双方都毁灭

这个场景有点离谱

考虑太阳本身的寿命，氢聚变还会持续50亿年，至少在50亿年内，文明之间并不面临「资源不够，两个只能活一个」的场景。假设，两个文明一起活了50亿年之后，能量确实不够了，而且文明就非得在太阳系不走了，不去寻找新的能源，这个时候，确实会面临「资源不够，两个只能活一个」的场景，但这个时间漫长到几乎毫无意义

为了50亿年后的事我们现在必须拼命，逻辑上说不过去

如果把视野打开，不只盯着太阳系，银河系里就有2000亿到4000亿恒星，其中大部分都没有生命（至少我们目前观测到的都没有）

而宇宙有无数银河系

用刘慈欣《梦之海》中低温艺术家文明的话说：

生存，只是文明的婴儿时期要换的尿布，以后，它就像呼吸一样轻而易举了，以至于我们忘了有那么一个时代竟需要花精力去维持生存

事实上，我们当前开发的能源大部分都不是用来生存，而是用来创造更多财富，让生活更舒适

有人会说如果人口爆炸呢？

人口不会爆炸

首先

人类都已经出现了一个现象，越发达的国家生育率越低，人口在萎缩而不是爆炸。这里面有很多原因，有两个原因比较重要：

1. 当孩子死亡率下降的时候，人们就不会生那么多孩子，以前的人类之所以生很多孩子，重要原因是孩子死亡率太高，不生不足以对抗
2. 古代没有很好的避孕手段，现代有了

当孩子死亡率很低，避孕又很方便的时候，大部分人并不倾向于生很多孩子

发达的外星文明，孩子死亡率不可能高，避孕手段也不可能没有，所以人口无序爆炸大概率不存在

其次

假设先进的外星文明就是特别爱生孩子，你肯定不能假设技术先进到如同魔法的外星文明数学不好，假设——这是退一万步的假设，人口的增长速度居然要超过能量开发的速度了，技术先进到如同魔法的外星文明会意识不到？不会调控一下人口增长速度？技术不那么先进的地球，中国都调控过人口，然后现在看这个调控可能不对，经济发展和技术进步，养十几亿人绰绰有余，现在中国的问题是人口萎缩而不是人口爆炸

有人会说外星文明可能不想调控自己的人口，只想调控你的人口——这有可能，但会面临下一个问题：

攻击是有成本的

古希腊的吕底亚国王克罗埃索斯，问德尔斐神庙，如果他进攻波斯帝国会如何？德尔斐神谕回复：

如果你跨过哈里斯河，一个伟大的帝国就会灭亡

然后国王就集结大军进攻波斯帝国了，然后他自己的国家就灭亡了

中国人早就说过忘战必危，好战必亡，战争成本是巨大的，如果没有足够收益，进攻风险极高

宇宙间的文明，接触到对方的时候，什么话都不说，上去就进攻，风险一定极高，只有三种情况：

如果对方实力在你之上，被报复的代价可能是灭亡

如果对方实力和你差不多，被报复的代价依然可能是灭亡

如果对方实力在你之下，你能保证一次进攻就斩草除根？如果不能斩草除根，考虑下技术爆炸的因素，等人家技术上来，有你好看——斩草除根是极难的，小说中大史就用虫子做过比喻，即使人类文明比虫子高那么多，人类也无法彻底消灭虫子；而且对方只要有舰队逃离，都可能保持对你的反击报复能力

只有生存危机才会导致必须拼命，不然都不值得，风险太高了

所以有人说虽然资源极其丰富，但欲望是无限的，因此资源照样不够——不会，因为欲望虽然无限，但不是所有欲望都值得拼命，为了生存拼命是理性的，为了多喝几瓶酒多抽几根雪茄拼命是不理智的，风险太高收益太低

而且，如果真想多喝几瓶酒多抽几根雪茄，真正高效的方式是分工协作，搞市场经济做生意，这个道理亚当斯密1776年在《国富论》中就论证过了

隐藏是做不到的

这个说法是在诺亚·史密斯的文章里看到的：

文明是做不到隐藏自己的，如果你有先进的文明，你一定会在自己星球搞出印记，这些信息，扫一眼就看到了。越先进的文明观测能力肯定也越强，更能看到——所以所有文明都隐藏自己这个动作就无法成立

文明的能力和规模正相关

人数很少的部落，技术落后，而且技术会失传，以下引用自《理性乐观派》这本书：

塔斯马尼亚岛5000多名原住民，与世隔绝生活在世界尽头的一座小岛上。他们不光是陷入停滞、没能进步这么简单，他们根本是缓缓地逐渐退回了更简单的工具和生活方式当中

这纯粹是因为他们缺乏足够的人口数量来维持现有技术

人类在35000年前就抵达了塔斯马尼亚，当时该岛还跟澳大利亚连在一起。他们不光没有掌握澳大利亚亲戚的技能和工具，还丧失了自己祖先曾经拥有过的不少技术。他们没有任何类型的骨制工具，比如针和钻，没有防寒的衣物，没有鱼钩，没有把手类工具，没有刺矛，没有渔网，没有投矛器，没有回旋镖。考古证据说明，这些工具和技巧是一步步被无情遗弃的，骨制工具先是越变越简单，到了大约3800年前，就完全被放弃了

古代各种技术发明，几乎最早都出现在中国，这是为什么？是因为中国人比较聪明吗？有这个因素，中国人平均智商确实比较高，但更重要的原因是中国的超大规模：

中国长期是人口规模最大的单一文明，交流和创新都会规模更大，各种技术发明最早出现在中国毫不奇怪，这有点像大模型的 Scaling Law：「模型的规模越大，参数量、训练数据量、计算量越大，模型涌现出的能力越强」

西方文明最近三百年统治世界，一方面是最先搞出了现代科学（这件事意义重大，有偶然性，值得单独讨论），另外就是西方文明的规模也超大：

把欧洲+扩散到全世界的一起算，白人占全世界人口一半多一点；西方文明的核心，英语国家总人口也有5.5亿

有人会说印度怎么说，人口庞大，但不够发达，这是因为印度其实是散装的，语言都有上百种，是无数小文明，并没有真正整合在一起，另外就是经济制度问题，市场经济搞的很晚，现在市场也不发达。但印度也贡献了阿拉伯数字（印度人发明，阿拉伯人传播到全世界）、抽象的宗教、棉花

所以理论上，如果有外星文明，互相整合扩大规模对技术和资源都会促进，资源会更多而不是更少

亚当斯密在《国富论》一开篇就论述过：

一个人如果做针，一天可能也做不出来一根，但如果是分工协作，10个人一天可以做48000根针，一个人一天可以做4800根，这是几千倍的资源增长

只是为了生存，能量是几乎无限的，前面我们已经算过了

生存之外，要更多财富，更多享受，分工协作市场经济一起做生意，财富一定更多，外星人也许有他们的土特产，我们有我们的，就是互相交换土特产，双方的财富都会增加更多

理论上，技术先进到近乎魔法的外星文明，会有这种认知，他们也应该早就有自己的亚当斯密

我完全支持在接触外星文明时保持警惕和小心，但即使对方没有合作产生更多财富的认知，前面论述过了：

1. 宇宙的资源对生存来说近乎无限，在漫长的时间里，根本不面临资源不够生存，两个只能活一个的场景
2. 进攻是有成本的，风险非常高
3. 只有为了生存，拼命才值得，为了其它欲望冒风险攻击对方拼命是完全不划算不理智的，而且其它欲望通过分工协作市场经济做生意会满足的更好

因为有这三点，所以大概率最后大家打不起来，要坐下来聊一聊，而且大概率要做生意，交换点东西

费米悖论的其它解释

费米悖论有很多解释，我个人比较倾向于另外两种解释：

大过滤器

要成为星际旅行的文明，有一些事对生命来说很难跨过：

无性生殖到有性生殖可能很难

单细胞生命到多细胞生命可能很难

进化出智慧生命可能很难

科技越来越发达之后，因为拥有的力量可以毁灭自己，不毁灭掉自己也可能很难：

1. 核战争的发生几率是不是零？如果不是零，时间足够长，是不是就发生了，然后文明退回到原始状态，无法星际旅行
2. 生物工程继续发展，制造一种病毒，感染后没有任何症状，十年后发病，无药可医，是不是就灭绝了人类
3. 纳米机器人无限复制：

灰色粘质（英语：gray goo），又称灰蛊或灰雾，是一种假想的世界末日情景，在该情景中失控的大量分子纳米技术制成的自我复制机消耗掉了地球上所有的生物量以复制自身

想象一个自我复制机器泡在一瓶原料瓶中，不断地复制自身……第一次复制要经历1000秒，第二次复制同样经历了1000秒……十个小时过去之后瓶子里就不只是有36个自我复制机器，而是680亿个自我复制机器了。给它们一天时间，就能增重到1吨，再给它们一天时间，就能比地球还沉，再给4个小时，就能比整个太阳系还要重

这些都不是黑暗森林，不是因为资源不足两个必须活一个，而是如果科技飞速发展，力量太强大，但文明没发展出掌控强大力量的能力，一不小心就伤到自己，类似小孩子玩火

金鱼缸

如果一只鱼发现水里只有自己，有可能它是生活在鱼缸里，是被隔离养起来的

这个想法我感觉颇有几分道理，值得思考

熵，热力学第二定律

但是我们有个终极大boss：熵

很多人都听过这个概念，关于宇宙的未来，有两种可能：

一、宇宙停止膨胀，开始收缩，最后是大挤压，整个宇宙变成一个黑洞，奇点，有人推测这个奇点可能会重新发生大爆炸，然后新的宇宙开始，如此循环——在这个结局里，所有生命所有文明都会被终结于大挤压

这个宇宙让人想起古希腊哲学家赫拉克利特的话：

这个有秩序的宇宙对万物都是相同的，它既不是神也不是人所创造的，它过去、现在和将来永远是一团永恒的活火，按一定尺度燃烧，一定尺度熄灭

二、宇宙持续膨胀，热力学第二定律生效，持续熵增，最后宇宙中不再有任何能量可用，物理学家管这个叫热寂——这个结局里，漫长的时间之后，应该会出现黑暗森林状态，因为到最后，能量真就不够用了。你可以这么理解热力学第二定律：

一块电池，如果电用完了，得充电。整个宇宙的能量就相当于一块大电池，如果用完了，没有人给宇宙充电，用完了就是用完了，就热寂了——只是这个时间极其极其漫长，这么说，宇宙当前年龄相当于热寂前的一万亿分之一秒

「相聚离开，终有时候，没有什么，是永垂不朽」

目前我们观测，宇宙没有收缩的迹象，反而是加速膨胀，所以热寂可能是最终结局，所有物理定律中，热力学第二定律是最丧的定律，罗素曾经感慨过：

一切时代的结晶，一切信仰，一切灵感，一切人类天才的光华，都注定要随太阳系的崩溃而毁灭。人类全部成就的神殿将不可避免地会被埋葬在崩溃宇宙的废墟之中

庞加莱回归定理

但是，除了物理，我们还有数学，1892年有一个法国数学家叫庞加莱，他证明了一个定理，叫庞加莱回归定理：

孤立的，有限的保守动力学系统的组态在足够长久时间后可回复到任意接近初始组态

假设你有一个完全密封的玻璃盒子，里面只有：

10个空气分子（为了简单，想象成10个小到看不见的弹力球）

庞加莱回归定理说：

无论这10个分子最开始怎么乱飞乱撞，只要等的时间足够长，它们几乎一定会集体回到一个和最初状态几乎一模一样的位置和运动方向！

注意我们前面提到，数学定理是绝对的，无可反驳永远成立的，地老天荒，海枯石烂，宇宙尽头，都成立。庞加莱回归就是一个数学定理，数学定理的不可辩驳程度高于物理定律

数学家策梅洛说这个定理说明热力学第二定律终归不成立，因为整个宇宙正是一个孤立的系统，一个完全密封的大盒子，时间足够久，一切都会再现，永恒轮回

物理学家玻尔兹曼对此的反驳是这个时间太久了，仅仅是0.037ml的气体，如果要轮回复现，需要的时间数量级都是10的10次方的18次方，因此我们根本观测不到违反热力学第二定律的情况

但是，我们现在讨论的就是宇宙极其漫长尺度的未来，所以，多久的时间我们都等得起，再漫长的时间，只要不是无限，最终都会过去

这个宇宙又让我们想起古希腊哲学家赫拉克利特的话：

这个有秩序的宇宙对万物都是相同的，它既不是神也不是人所创造的，它过去、现在和将来永远是一团永恒的活火，按一定尺度燃烧，一定尺度熄灭

有点酷