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Nos anos posteriores à guerra, Dyson demonstrou a equivalência das formulações da eletrodinâmica quântica de Richard Feynman com as desenvolvidas por Julian Schwinger e Shin'ichiro Tomonaga. Entre 1957-1961, trabalhou no Projeto Orion que pretendia realizar o voo espacial utilizando a propulsão nuclear. Um protótipo chegou a ser construído, mas a Declaração para o Uso Pacífico do Espaço da ONU proibiu qualquer tipo de explosão nuclear na atmosfera e no espaço, o que provocou o abandono do projeto.[3]
Dyson teorizou sobre a possibilidade de que uma sociedade avançada pudesse circundar completamente uma estrela para maximizar a captura da energia emitida, mediante nuvens de asteroides, o que foi denominado esfera de Dyson.
Também propôs a árvore de Dyson, uma planta desenhada geneticamente para crescer num cometa. O objetivo imaginado era que a árvore transformaria o cometa numa estrutura oca com uma atmosfera respirável no seu interior, utilizando-se da luz do sol distante e material do cometa para crescer e produzir o oxigênio necessário, e assim poderiam ser criados habitats para a humanidade no sistema solar exterior. Dyson publicou suas especulações e observações sobre a tecnologia e o futuro: Mundos imaginados, De Eros a Gaia, Perturbando o Universo.[3]
Notabilizou-se também em seus estudos sobre a origem da vida, ao propor origens independentes para o metabolismo e para a reprodução.
Dyson, F.J.; Gomer, R.; Weinberg, S.; Wright, S.C., Tactical Nuclear Weapons in Southeast Asia(PDF), Institute for Defense Analyses - Um documento anteriormente secreto, desclassificado em dezembro de 2002.
Documentários
To Mars by A-Bomb: The Secret History of Project Orion