休眠者：为什么文明可能选择等宇宙变冷
计算越冷越省能量，所以文明也许会休眠。这一页讲兰道尔原理、宇宙温度与远期命运。
擦除一比特信息需要的最低能量，和温度成正比：越冷越便宜。2017 年桑德伯格、阿姆斯特朗和奇尔科维奇据此提出“休眠假说”：把能量留到宇宙极冷的远未来再用，能做的计算可能多出约 10³⁰ 倍，所以我们看不见外星文明，是因为它们在睡觉。游戏里的“休眠者”通道，就是把这个假说变成一个故事。
这一页先讲假说的物理基础，再讲反驳它的论证，最后概述游戏设想并列出相关的真实研究。这是一个有争议的假说，不是公认的结论。
温度和计算
- 2.7 开：宇宙微波背景今天的温度约 2.725 开。在暗能量主导的未来，宇宙的尺度大约每 120 亿年翻一倍，背景温度也随之减半。
- 兰道尔原理：1961 年兰道尔指出，擦除 1 比特信息，至少要放出 kT·ln2 的热量，温度越低越便宜。2012 年的实验用一颗被激光束缚的小玻璃珠，第一次测到了这个极限。
- 回力镖星云：已知最冷的自然环境是回力镖星云，约 1 开，比宇宙背景还冷：一颗垂死恒星吹出的气体膨胀得太快，把自己冷却了。
- 温度的下限：宇宙不会一直冷下去。加速膨胀的宇宙有一个视界，视界本身有温度，约 10⁻³⁰ 开，这是 1977 年吉本斯和霍金算出来的。
为什么要“睡觉”
“aestivation”本义是夏眠。非洲肺鱼在旱季钻进泥里，用黏液裹住自己，代谢降到很低，可以这样睡上好几年，等雨季回来。休眠假说借用了这个词。
要等到宇宙变冷，就得先把资源留住。恒星把氢烧成氦时，只有约 0.7% 的质量变成了能量，大部分以星光的形式散进了太空，这是“囤积”的动机。一个太阳质量的黑洞，霍金温度只有约 6×10⁻⁸ 开，比今天的宇宙背景冷得多，在背景冷到比它更低之前，它不会蒸发，反而在慢慢吸收背景辐射，可以当作仓库。
睡着时也不是完全不算：只要不擦除信息，计算原则上可以几乎不耗能，这叫可逆计算，贝内特 1973 年证明了这一点。
反驳：其实不必等
2019 年贝内特、汉森和里德尔反驳：宇宙里到处都有远离平衡的“冷库”，熵现在就能倒进去，不必等宇宙变冷；等待只在一个文明占满所有物质之后才划算。
游戏里的设想
下面是游戏设定。通道的发现条件是在黑云的通道里问出“他们在哪里”，或在超越之树点亮“简并纪元”。设想里，观测者在本星系群外缘找到一片异常寒冷、异常整齐的结构：大量物质被收拢在一起，几乎不发光，也不散热，它们在睡觉。
机制是等宇宙变冷：这条通道用宇宙时钟，现实里每 2 小时，背景温度降一半（真实宇宙里约 120 亿年）。它们睡着时只积攒能量；叫醒它们，攒下的能量按此刻的温度换成“比特”，越晚叫醒，换得越多。设想里还有守夜人：少数守夜者醒着，替其他人看着宇宙。通道有两个结局：它们在宇宙最冷的时候醒来，或者一部分休眠者提前醒来，与主文明一起思考。这些都是虚构。
两本相关的小说
- 《最后的问题》（艾萨克·阿西莫夫，1956 年）：热力学第二定律至今没有例外，宇宙的热寂是主流预测之一。小说讲的是人们一代代地问一台越来越强大的计算机：熵的增加能不能逆转？它每次都回答“数据不足”，直到宇宙的最后一刻。
- 《黑云》（弗雷德·霍伊尔，1957 年）：作者霍伊尔是真正的天体物理学家。星际云里确实有复杂有机分子，人马座 B2 里就发现过多种。
相关的真实研究
下面这些研究和宇宙膨胀、背景温度、黑洞蒸发、远期命运有关，是相关的真实科学，并不是“文明在休眠”的依据。
- 用遥远的超新星发现宇宙膨胀在加速，暗能量从此登场，该工作获 2011 年诺贝尔奖（Riess 等，《The Astronomical Journal》1998）。
- 另一支团队独立得出同样结论（Perlmutter 等，《The Astrophysical Journal》1999）。
- 在天线里怎么也消除不掉的噪声，最后被发现是大爆炸的余晖，获 1978 年诺贝尔奖（Penzias 与 Wilson，《The Astrophysical Journal》1965）。
- 量子效应让黑洞缓慢辐射能量，黑洞终将蒸发（Hawking，《Nature》1974）。
- 推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运：恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发（Adams 与 Laughlin，《Reviews of Modern Physics》1997）。
- 普通物质约占宇宙总能量的 5%，暗物质约 27%，其余是暗能量（Planck Collaboration，《Astronomy & Astrophysics》2020）。
真实依据
2.7 开：宇宙微波背景今天的温度约 2.725 开。在暗能量主导的未来，宇宙的尺度大约每 120 亿年翻一倍，背景温度也随之减半。
兰道尔原理：1961 年兰道尔指出：擦除 1 比特信息，至少要放出 kT·ln2 的热量，温度越低越便宜。2012 年的实验用一颗被激光束缚的小玻璃珠，第一次测到了这个极限。
回力镖星云：已知最冷的自然环境是回力镖星云，约 1 开，比宇宙背景还冷：一颗垂死恒星吹出的气体膨胀得太快，把自己冷却了。
夏眠：「aestivation」本义是夏眠。非洲肺鱼在旱季钻进泥里，用黏液裹住自己，代谢降到很低，可以这样睡上好几年，等雨季回来。
10³⁰ 倍：2017 年桑德伯格、阿姆斯特朗和奇尔科维奇提出「休眠假说」：把能量留到宇宙极冷的远未来再用，能做的计算可能多出约 10³⁰ 倍。所以我们看不见外星文明：它们在睡觉。
温度的下限：宇宙不会一直冷下去。加速膨胀的宇宙有一个视界，视界本身有温度，约 10⁻³⁰ 开，这是 1977 年吉本斯和霍金算出来的。
囤积：恒星把氢烧成氦时，只有约 0.7% 的质量变成了能量，大部分以星光的形式散进了太空。
不必等待：2019 年贝内特、汉森和里德尔反驳：宇宙里到处都有远离平衡的「冷库」，熵现在就能倒进去，不必等宇宙变冷；等待只在一个文明占满所有物质之后才划算。
黑洞仓库：一个太阳质量的黑洞，霍金温度只有约 6×10⁻⁸ 开，比今天的宇宙背景冷得多。在背景冷到比它更低之前，它不会蒸发，反而在慢慢吸收背景辐射。
低功率的梦：只要不擦除信息，计算原则上可以几乎不耗能，这叫可逆计算。贝内特 1973 年证明了这一点。
最后的问题：阿西莫夫 1956 年的《最后的问题》里，人们一代代地问计算机：熵能不能逆转？
《最后的问题》（艾萨克·阿西莫夫，1956 年）的科学背景：热力学第二定律至今没有例外；宇宙的热寂是主流预测之一。
《黑云》（弗雷德·霍伊尔，1957 年）的科学背景：作者霍伊尔是真正的天体物理学家。星际云里确实有复杂有机分子，人马座 B2 里就发现过多种。
相关研究
这些研究和本页主题相关，但不是本页内容的直接证明。
加速膨胀：用遥远的超新星当“标准烛光”，发现宇宙膨胀在加速。暗能量从此登场，获 2011 年诺贝尔奖。
出处：Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"
42 颗超新星：另一支团队独立得出同样结论：宇宙中有一种推动加速膨胀的能量。
出处：Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"
宇宙微波背景：两位贝尔实验室的研究员怎么也消除不掉天线里的噪声，最后发现那是大爆炸的余晖，获 1978 年诺贝尔奖。
出处：Penzias & Wilson, The Astrophysical Journal 1965, "A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s"
黑洞会蒸发：量子效应让黑洞缓慢辐射能量。黑洞不是永恒的，终将蒸发。
出处：Hawking, Nature 1974, "Black hole explosions?"
宇宙的终章：推算了宇宙在万亿年乃至更久之后的命运：恒星熄灭、质子或许衰变、黑洞最终蒸发。
出处：Adams & Laughlin, Reviews of Modern Physics 1997, "A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects"
宇宙的配方：普朗克卫星测量了宇宙微波背景的细微起伏：普通物质约占宇宙总能量的 5%，暗物质约 27%，其余是暗能量。
出处：Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"
游戏设定（虚构）
- 节点「囤积」：它们把物质收拢起来，不让恒星白白烧掉。
- 节点「不必等待」：点亮之后，叫醒它们时的换算倍率至少是 8 倍。
- 节点「守夜人」：不是所有的它们都睡着。少数守夜者醒着，替其他人看着宇宙，不让任何人浪费它们的资源。
- 节点「低功率的梦」：它们在睡眠中做着可逆的梦，把醒来以后要算的东西排好了队。
- 节点「最后的问题」：守夜人回答了主文明的一个问题。
- 节点「醒来」：……
- 通道结局「最冷的时候」：它们会在宇宙最冷的时候醒来。那时恒星都已熄灭，所有星系都退到了视界之外。它们在黑暗里醒来，开始思考那些攒了上万亿年的问题。
- 通道结局「不必等待」：一部分休眠者醒了，开始和主文明一起思考。它们说：等待是一种美德，但不是唯一的一种。本轮主文明「星际文明」产出 +8%。
- 小说《最后的问题》概述：人们一代代地问一台越来越强大的计算机：熵的增加能不能逆转？它每次都回答「数据不足」，直到宇宙的最后一刻。
- 小说《黑云》概述：一团星际气体云飘进太阳系，挡住了阳光。天文学家们后来发现，这团云是活的，而且非常聪明。