人类距离I型文明并不遥远,可能只差300多年
简介:卡尔达舍夫等级将能利用整个行星、恒星和星系能量的文明分别分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。目前人类是0.728级文明,
核心提示: 卡尔达舍夫等级将能利用整个行星、恒星和星系能量的文明分别分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。目前人类是0.728级文明,按照以往的能量增长速率,我们大概能在2347年左右成为I型文明。但是,盲目地利用能源可...
卡尔达舍夫等级将能利用整个行星、恒星和星系能量的文明分别分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。目前人类是0.728级文明,按照以往的能量增长速率,我们大概能在2347年左右成为I型文明。但是,盲目地利用能源可能是个陷阱,野蛮发展带来的气候危机可能是宇宙所有文明的“大过滤器”,为了让人类文明长久发展,我们必须转换自己的能源结构。在这种情况下,我们又将在何时成为I型文明呢?
撰文 | 王昱
审校 | 二七
一个文明的发展是多方面的,人口、经济、军事、文化、科技等都可以作为衡量文明等级的准绳。但这些方面所代表的往往只是文明的冰山一角,并且难以量化对比。对物理学家这群不想关注细节的“懒人”而言,整个文明的能耗便成了最方便的参数。一方面,它反映了整个文明利用能源的能力,这与整个文明的人口、经济与技术实力息息相关;另一方面,它又是一个非常具体的数字,可以量化分析。
这就是卡尔达舍夫等级(Kardashev Scale)诞生的逻辑。苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫(Николай Кардашёв)在1964年提出了这个概念,他用能量级将文明分为3个等级:I型、Ⅱ型和Ⅲ型,这些文明分别可以利用一颗行星,一颗恒星和一个星系的能量。
I型文明是行星级文明。这种文明可以充分利用宿主恒星(对人类而言,是太阳)传递到其母星(地球)上的能量,也能充分利用这颗行星自身包含的能量(化石能源、核能等),对应的能耗为10¹⁶W。
Ⅱ型文明是恒星级文明。恒星主要通过发光的方式向外传递能量,太阳向外辐射能量的总功率为4×10²⁶W,Ⅱ型文明对应的能耗指标就为10²⁶W。根据E=mc²计算,相当于每11秒,这个文明就能消耗掉西湖水总质量对应的能量。为了收集这么多能源,Ⅱ型文明可能会建造一些能源巨构,比如戴森球。戴森球上可能还有计算功能,为了充分利用能量,这样的结构甚至可能是多层的,一层戴森球的废热可以为下一层戴森球提供能量,形成俄罗斯套娃脑(matryoshka brain)。Ⅱ型文明应该已经掌握了一些非常遥远的科幻级技术,比如正反物质湮灭引擎、制造小型黑洞等。
Ⅲ型文明是星系级文明。银河系的总亮度为4×10³⁷W,考虑到整个星系实在太过庞大,只要整个文明的能耗达到银河系总亮度的2.5%,也就是10³⁶W,我们就能将它称为Ⅲ型文明。对于这种级别的文明,或许连时空本身都能随意操控,它们或许能制造虫洞或超大质量黑洞。这种文明的技术实力应该已经完全超出了我们的认知,我们应该无法想象他们拥有的技术。
卡尔达舍夫等级并不是离散、分立的,它其实可以通过一个对数公式表示。如果一个文明的全部能源消耗为P,那么这个文明对应的卡尔达舍夫等级K可以表示为:
根据国际能源署的数据,2018年全球能源消费为14 281 889千吨油当量(能量单位,kTOE,kilo ton oil equivalent),大约为1.90×10¹³W。再由上述公式计算可得,地球上的人类文明目前属于0.728级文明。
过去,人类能源消费大约是按照指数增长的——每年增长的能源消费制造了更多机器,能让我们在下一年消耗更多能源。如果仅仅按照以往的增长率简单粗暴地进行拟合,就能发现我们大约能在2347年左右成为I型文明,在几千年后成为Ⅱ型文明,在几十万年后成为Ⅲ型文明。
能源的陷阱
不过,这只是一个很粗略的估计。它只是根据过去人类能源增长率来估计未来,并没有考虑实际的限制,过于乐观。而且,国际能源署所使用的这个单位让我们不由得想起一些不妙的事情——化石能源的环境威胁。虽然只是用石油来等效,但是化石能源现在确确实实给整个地球的环境带来了很多危害。正如美国生物学家艾德华·威尔森(Edward Osborne Wilson)曾说的:“人类真正面对的问题是:我们拥有旧石器时代的情感,中世纪的制度和宛若神明的技术。”我们的文明也正在面临严峻的气候危机。甚至有人认为,文明在向I型文明发展的过程就是一个“大过滤器”(Great Filter),增长的能源消费会带来剧烈的气候变化,从而导致文明灭亡。因此,没有文明能达到更高的等级——这可能就是“费米悖论”的解释,也是还没有外星人和我们建立联系的原因。
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