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今天我们来讲生態建筑。
生態建筑，这是一种自给自足的建筑概念，通常被设想为巨型塔楼，本质上本身就是一座城市，內部还设有农场。世界都市，是对这一概念的延伸，堪称终极生態建筑，即整个世界被改造成一座覆盖全球的巨型城市。我们將探討这一概念的含义、起源、一些虚构案例，以及相关的误解和迷思。在科幻作品中，我们常常把大量时间在星球之外 —— 改造行星、研究巨型建筑或星际殖民上，却常常忽略了地球本身的命运。在几乎所有关於未来的討论中，当地球不再是唯一的人类居住地，而只是眾多聚居地之一时，它往往会退居次要地位。即使能得到一些关注，也往往要么被描绘成人类逃离的失落世界，要么是某个星际帝国的首都，却鲜有值得关注的事情发生。所以我觉得，点时间来探討一下这个话题可能会很有趣。
需要说明的是，世界都市並不一定局限於地球，因此我们今天討论的概念並非以地球为中心。但今天我们將聚焦於如何將整个星球改造成一座城市，如何在不把星球变成反乌托邦式垃圾场的前提下，容纳儘可能多的人口。同时，我们也会对一种观点提出质疑 —— 即一个星球要拥有大量美丽的森林和自然空间，不仅需要將人口维持在现有水平，甚至还要减少人口。我们还將探討，一个技术发达的文明会以何种我们意想不到的方式，从根本上改变他们的星球。为了展开这些討论，我们会借鑑过去聊过的很多概念。
让我们深入今天的主题。“世界都市”一词最早於 1967 年被创造出来，和生態建筑一样，这个基本概念被广泛使用很久之后，这个术语才出现。创造这个词的是希腊城市规划师康斯坦丁诺?多西亚迪斯（constantino doxiadis），我可能刚刚把他的名字念错了。我们在很多与城市相关的术语中都经常使用希腊语，比如 “polis”（意为 “城市”）常出现在 “metropolis”（大都市，字面意思是 “母城”）中，也是 “policy”（政策）、“politician”（政治家）和 “police”（警察）等词的词根。而 “oikoumene”（意为 “有人居住的”）通常指 “世界”，你们可能最熟悉的相关术语是 “oikoumene”，涉及城市的统一。因此，这个术语蕴含著三重含义：“有人居住的” 这一原始含义、“世界” 的范畴，以及城市整合为一个整体的概念。
介於 “大都市”和 “世界都市”之间的层级通常被称为 “特大城市”，既可以指人口超过一百万的超大城市（正如 “mega” 所暗示的 “巨大”），也可以指由多个城市及郊区融合而成的更大区域，比如从波士顿延伸到华盛顿特区的区域，有时被称为东北部特大城市带。还有很多其他以 “polis” 结尾的术语，比如 “cosmopolis”（世界主义城市）、“astropolis”（星际城市）、“necropolis”（墓地）、“acropolis”（卫城）等，但就今天的主题而言，我们將其视为从 “大都市” 到 “特大城市”，再到行星级 “世界都市” 的层级递进。不过，一个覆盖整个太阳系的 “世界都市”—— 本质上是戴森球群、ii 型文明 —— 或许可以被称为 “戴森都市”（dysonopolis）、“太阳都市”（solopolis），或者如果坚持使用希腊语的话，“日神都市”（heliopolis）。而 iii 型文明（星系级文明）对应的可能是 “银河都市”（galactopolis），或者前面提到的 “星际城市”（astropolis）。
这个概念的核心很简单：一座覆盖整个星球的城市，甚至可能包括海洋和极地地区。我认为科幻作品中第一个此类例子是艾萨克?阿西莫夫经典《基地》系列中银河帝国的首都 —— 川陀（trantor），不过我也可能记错了。第一部《神经漫游者》於 1984 年出版，显然早於那款电子游戏。作为赛博朋克流派的核心科幻作品之一（与《银翼杀手》和《雪崩》齐名），它更有可能是普及这一术语的源头。儘管如此，我认为阿西莫夫笔下的川陀是最著名的虚构案例，至少在半个世纪后《星球大战》前传三部曲向我们展示了城市星球科洛桑之前是这样。除了《基地》三部曲，川陀还出现在他的多部作品中，后来他对其中许多作品进行了轻微调整，將它们整合在一起。其中几乎同样著名的《机器人》系列第一部《钢穴》，了大量篇幅描写特大城市 —— 书名中的 “钢穴”，探討了世界都市和大型生態建筑的某种前身概念。
有趣的是，对於一位在作品中通常非常注重数学和科学准確性的作家来说，那些容纳了地球上所有人类的特大城市，居然居住著令人难以置信的 80 亿人口 —— 仅比我们目前的总人口略多一点。而川陀这座被描述为 “铺砌了一切，包括海洋”、建筑高达数英里（甚至延伸至地下）的城市星球，竟然拥有 400 亿人口，其周边有 20 颗行星专门为它种植粮食，通过庞大的舰队运送粮食，同时將肥料运回那些农业星球。不用说，这完全不符合逻辑，尤其是在这两个系列中都明確提到了核聚变技术的情况下。我们之前多次討论过，核聚变在农业生產方面是一项革命性的技术。我们也聊过机器人在农业和建筑领域的应用 ——《机器人》系列中显然也有这些设定，不过人类对机器人的厌恶和不愿使用，是那本书（《钢穴》）中的一个重要主题。在《钢穴》中，主角有一段內心独白，畅想將地球改造成一座单一的巨型城市。
但 400 亿人口这个数字实在太低了。即使没有核聚变这样的超级能源，只要在所有土地上建造温室，也能容纳这么多人，儘管这样做会意味著总体维护成本和人力需求的大幅增加 —— 除非有机器人帮忙。而且我这里说的机器人，不是阿西莫夫笔下的人形机器人，而是比我们现在工厂里使用的、甚至如今能自动吸尘和清洁泳池的机器人稍微先进一些的非人形机器人。如果真的像这样铺砌整个星球 —— 包括海洋和冰层，哪怕只建一层，也会有 2 亿平方英里的面积，相当於 5.5 千万亿平方英尺，或者 500 万亿平方米。如果按照我们上周提到的標准，每个人需要 10,000 平方英尺（约 1,000 平方米）的空间，包括住房、食物、娱乐、工作区、仓库和共享公共区域（当时我们说这个数字是经过充分高估且非常宽鬆的），那么这座仅一层高的铺砌星球就能容纳 500 亿人口。而阿西莫夫笔下的川陀被描述为高达数英里、有数千层（一英里大约能建 500 层），而且还进口粮食，所以 400 亿这个数字实在差得太远了。
其他虚构的世界都市，比如《星球大战》中的科洛桑和《战锤 40k》中的泰拉，通常设定的人口为一万亿或几万亿。但我们刚刚算过，即使慷慨地给每个人分配 10,000 平方英尺（大约是一套舒適的家庭公寓的 10 倍），一层也能容纳 500 亿人。如果建到 4 英里高（总共约 2,000 层），就能容纳 1000 万亿人。如果建得更高，並且稍微减少每个人的个人空间，这个数字还能再增加一个数量级。而虚构作品中的这些城市通常都被描绘得非常拥挤。
不过，我们很快就会发现，空间 —— 即使是种植粮食的空间 —— 根本不是问题，而 1000 万亿人口之所以不可行，是因为热量问题。但让我先暂时偏离一下科幻作品中的规模设定。科幻作家普遍缺乏对规模（通常指尺寸、能量或类似概念）的感知，这已经成了一个老生常谈的笑话和套路，但就我个人而言，人口规模问题尤其让我感到困扰。在看待一个虚构设定时，我总是试图根据其设定的技术水平来评估其合理性。我们经常探討一些看似疯狂的想法，並分析在特定假设下，它们在现实中並非不可能实现。尤其是太空歌剧类型的科幻作品，似乎总认为一个星系只有几千个有人居住的行星，每个行星平均约有 10 亿人口，还试图用数万亿人口的帝国、数十亿人的军队和数千艘飞船的舰队来震撼我们。《星际迷航》在这方面往往是最离谱的 —— 一个由数百个世界组成的联邦，拥有比核聚变还强大的能源，还有物质复製机和传送器这样的先进技术，但不知为何，他们每个行星似乎只有一艘飞船，船员只有几百人或一千人，总兵力可能只有一百万左右，甚至比我们地球上大多数主要国家的兵力还少 —— 而那些国家只需要供应地球百分之一的人口。星际帝国本应该能够毫不费力地投入数百万甚至数十亿艘一英里长的飞船，而他们的母星可以保持著原始的自然森林，那些太阳系的人口也不会只有一万亿，而更像是拥有数万亿名水管工、画家或其他重要职业从业者。
话虽如此，行星上容纳超过 1000 万亿人口是不可行的，不是因为空间不足，而是因为如果没有某种新颖的散热方式，即使只有人体散发的热量（其他所有活动都在星球之外进行或效率极高），人类本质上就像是 100 瓦的加热器。1000 万亿人（10 的 15 次方）会散发出 10 的 17 次方瓦的能量，这基本上相当於地球从太阳吸收的能量总和。如果还要在星球上种植粮食来养活这些人，所需散发的热量至少还要再增加 100 倍 —— 因为即使是我们过去討论过的超高效率水培技术，將电能和光能转化为食物卡路里的效率也只有大约 1%。如果必须散发相当於地球正常接收热量 100 倍的热量，根据我们过去討论过的黑体热辐射原理，星球的温度会升高三倍（以开尔文绝对温度计算），会比金星或水星还要热。仅仅將星球的热量输出翻倍，温度就会升高约 20%，相当於华氏 150 度（约摄氏 66 度）。所以，即使我们遮挡了太阳（或者至少遮挡了太阳发出的对加热星球无用的红外线），即使我们使用了各种技巧，比如巨型散热片和天线（我们稍后会详细討论），除非有特殊的散热技术，否则在还没来得及担心居住空间或食物问题之前，所有人就会被活活烤死。
或许你会想，我们可以从其他地方运送粮食，而不用在星球上种植，也不用铺砌整个星球，比如通过太空电梯。但这其实也行不通。物体降落到星球上时会获得动能，就像把它们送上太空需要消耗大量能量一样。一磅从月球农场进口的富含脂肪的培根含有 2500 卡路里，换算成焦耳就是一百万焦耳。要把一磅质量从近地轨道运送到地面，它会获得超过一百万焦耳的能量，而这些能量最终都会以热量的形式散发出来。所以，即使进口所有物资，人口越多，產生的热量也会越多，仍然会出现问题 —— 哪怕进口的都是冷冻食品，或者试图从太空中运来巨大的冰块。
如果真的有一种超级科学的散热技术，那么可能性就会无限广阔 —— 实际上，你可以一直向上建造，直到覆盖整个大气层，然后继续向外扩展。到那时，再把它看作是平面就没有意义了，它本质上就是一个立体空间。每个人 10,000 平方英尺的空间很容易就能变成 100,000 立方英尺，这样就能容纳大约 4x10 的 18 次方人，也就是 4000 千万亿人，或者 4 万亿亿人。如果拥有虫洞或传送门这样的技术来散热，再加上人造重力或反重力技术来防止建筑坍塌（《星际迷航》和大多数科幻设定中都有这些技术），那么这样的人口规模是完全可以实现的。
不过，我们假设没有这些超级技术，只局限於我们目前认为可行的领域：核聚变技术已经实现，拥有智能但未达到人类水平的机器人，它们可以在监督下完成大量繁重的工作，比如建造建筑、维护水上园，以及在最少监督的情况下收割庄稼。我们可能永远无法实现这些，但许多未来学家和科学家认为，这些技术大概率会在本世纪末之前实现，甚至可能在下一代人去世之前就会出现。