Шкала Кардашева

Метод измерения уровня технологического развития цивилизации, основанный на количестве энергии, которое цивилизация может использовать Потребление энергии оценивается в трех типах цивилизаций, определенных по шкале Кардашева

Шкала Кардашева - это метод измерения уровня технологического развития цивилизации, основанный на количество энергии, которое они могут использовать. Эта мера была предложена советским астрономом Николаем Кардашевым в 1964 году. Шкала имеет три обозначенных категории:

• цивилизация типа I, также называемая планетарная цивилизация - может использовать и хранить всю энергию, доступную на ее планете.
• Цивилизация типа II, также называемая звездной цивилизацией - может использовать и контролировать энергию в масштабе своей планетарной система.
• Цивилизация типа III, также называемая галактической цивилизацией, может управлять энергией в масштабе всего своего хозяина галактика.

Содержание

• 1 Определение
• 2 Текущее состояние человеческой цивилизации
• 3 Данные наблюдений
• 4 Развитие энергетики
  • 4.1 Методы цивилизации I типа
  • 4.2 Методы цивилизации II типа
  • 4.3 Методы цивилизации III типа
• 5 Последствия цивилизации
• 6 Расширение до исходного масштаба
  • 6.1 Кардашевские альтернативные рейтинговые характеристики
• 7 Критика
• 8 См. Также
• 9 Ссылки
• 10 Дополнительная литература
• 11 Внешние ссылки

D определение

В 1964 году Кардашев определил три уровня цивилизаций, исходя из порядка величины могущества, доступного им:

Тип I

Технологический уровень цивилизации «близок к уровню, достигнутому в настоящее время на Земле, с потреблением энергии ≈4 × 10 эрг / сек» (4 × 10 Вт). В настоящее время цивилизация типа I обычно определяется как та, которая может использовать всю энергию, которая падает на планету от ее родительской звезды (для системы Земля – Солнце это значение близко к 1,74 × 10 Вт), что составляет примерно четыре <На 20>порядков больше, чем количество, достигаемое в настоящее время на Земле, с потреблением энергии ≈2 × 10 Вт. Астроном Гильермо А. Лемаршан назвал этот уровень близким к современной земной цивилизации с энергетической способностью, эквивалентной солнечной инсоляции на Земле, от 10 до 10 Вт.

Тип II

Цивилизация способна использования энергии, излучаемой собственной звездой - например, этап успешного построения сферы Дайсона - с энергопотреблением ≈4 × 10 эрг / сек. Лемаршан заявил, что это цивилизация, способная использовать и направлять все излучение своей звезды. Тогда потребление энергии будет сопоставимо со светимостью Солнца, примерно 4 × 10 эрг / сек (4 × 10 ватт ).

Тип III

Цивилизация, владеющая энергии в масштабе своей собственной галактики, с потреблением энергии ≈4 × 10 эрг / сек. Лемаршан заявил, что это цивилизация, имеющая доступ к энергии, сравнимой со светимостью всего Млечного Путь галактика, примерно 4 × 10 эрг / сек (4 × 10 Вт).

Кардашев считал, что цивилизация Типа 4 невозможна, поэтому он не прошел мимо Типа 3. Однако появились новые типы (0, IV, V, VI).

Текущее состояние человеческой цивилизации

Всего в мире, годовое потребление первичной энергии. Согласно астроному Карлу Сагану, человечество в настоящее время является переживает фазу технической юности, «типичную для цивилизации, которая собирается интегрировать шкалу Кардашева I типа».

В настоящее время человечество еще не достигло статуса цивилизации типа 1. Физик и футурист Мичио Каку предположил, что если люди увеличивают потребление энергии в среднем на 3 процента в год, они могут достичь статуса типа I через 100–200 лет, статуса типа II через несколько тысяч лет и статуса типа III. от 100000 до миллиона лет.

Карл Саган предложил определять промежуточные значения (не учитываемые в исходной шкале Кардашева) путем интерполяции и экстраполяции значений, приведенных выше для типов I (10 Вт), II (10 Вт) и III (10 Вт), что даст формулу

$K\; =\; log\; 10\; \; P\; -\; 6\; 10\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; log\; \_\; \{10\}\; P\; -6\}\; \{10\}\}\}$,

где значение K - это рейтинг Кардашева цивилизации, а P - потребляемая ею мощность в ваттах. Используя эту экстраполяцию, цивилизация «Тип 0 », не определенная Кардашевым, будет контролировать около 1 МВт энергии, а тип цивилизации человечества по состоянию на 1973 год составлял около 0,7 (очевидно, с использованием 10 тераватт (ТВт.) Как ценность для человечества 1970-х).

В 2018 году общее мировое потребление энергии составило 13864,9 Мтнэ (161 249 ТВтч ), что эквивалентно средней потребляемой мощности 18,40 ТВт или 0,73 по интерполированной шкале Кардашева Сагана.

Наблюдательные свидетельства

В 2015 году исследование галактических средне- инфракрасных излучений пришло к выводу, что «цивилизации Кардашевского типа III либо очень редки, либо не существуют. в локальной вселенной ".

В 2016 году Пол Гилстер, автор веб-сайта Centauri Dreams, описал сигнал от звезды HD 164595 как требующий силы цивилизации типа I или типа II, если он создан внеземными формами жизни. Однако в августе 2016 года было обнаружено, что источником сигнала, скорее всего, был военный спутник, вращающийся вокруг Земли.

Развитие энергетики

Методы цивилизации I типа

• Широкомасштабное применение термоядерной энергии. Согласно эквивалентности массы и энергии, Тип I подразумевает преобразование около 2 кг вещества в энергию в секунду. Теоретически эквивалентное выделение энергии может быть достигается путем плавления примерно 280 кг водорода в гелий в секунду, что примерно эквивалентно до 8,9 × 10 кг / год. Кубический километр воды содержит около 10 кг водорода, а земные океаны содержат примерно 1,3 × 10 кубических км воды, что означает, что люди на Земле могут выдержать этот уровень потребления более геологические масштабы времени в терминах доступного водорода.
• Антиматерия в больших количествах будет иметь механизм для производства энергии в масштабе на несколько величин выше нынешнего уровня технологий. При столкновениях антивещества и вещества вся масса покоя частиц преобразуется в лучистую энергию. Их плотность энергии (энергия, выделяемая на массу) примерно на четыре порядка больше, чем при использовании ядерного деления, и примерно на два порядка больше, чем наилучший возможный выход из фьюжн. Реакция 1 кг антивещества с 1 кг вещества будет производить 1,8 · 10 Дж (180 петаджоулей) энергии. Хотя антивещество иногда предлагается в качестве источника энергии, это не представляется возможным. Искусственное производство антивещества - согласно нынешнему пониманию законов физики - включает сначала преобразование энергии в массу, что не дает чистой энергии. Искусственно созданное антивещество можно использовать только в качестве среды хранения энергии, а не в качестве источника энергии, за исключением будущих технологических разработок (вопреки сохранению барионного числа, например, нарушение CP в пользу антивещества) позволяют превращать обычную материю в антивещество. Теоретически люди могут в будущем иметь возможность выращивать и собирать ряд естественных источников антивещества.
• Возобновляемая энергия путем преобразования солнечного света в электричество - либо с помощью солнечных элементов и концентрация солнечной энергии или косвенно через биотопливо, ветер и гидроэлектроэнергия. Не существует известного способа человеческой цивилизации использовать эквивалент полной поглощенной земной энергии солнечной энергии без полного покрытия поверхности антропогенными структурами, что невозможно при существующих технологиях. Однако, если цивилизация построит очень большие космические солнечные источники энергии спутники, уровни мощности типа I могут стать достижимыми - они могут преобразовывать солнечный свет в микроволновую энергию и передавать ее коллекторам на Земле.

Рисунок роя Дайсона, окружающего звезду

Методы цивилизации типа II

• Цивилизации типа II могут использовать те же методы, что и цивилизации типа I, но применяемые к большому количеству планет в большом количестве планетных систем.
• A сфера Дайсона или рой Дайсона и аналогичные конструкции являются гипотетическими мегаструктурами, первоначально описанными Фрименом Дайсоном как система орбитальных спутников на солнечной энергии, предназначенная для полного охвата звезды и улавливания большей части или всей ее выходной энергии.
• Другим средством получения полезной энергии может быть питание звездную массу в черную дыру и собирать фотоны, испускаемые аккреционным диском . Менее экзотично было бы просто захватить фотоны, уже вылетающие из аккреционного диска, уменьшив угловой момент черной дыры; это известно как процесс Пенроуза.
• Подъем звезды - это процесс, при котором развитая цивилизация могла бы контролировать значительную часть вещества звезды для других целей.
• Антивещество вероятно, будет производиться как промышленный побочный продукт ряда мегамасштабных инженерных процессов (таких как вышеупомянутый подъем звезды) и, следовательно, может быть переработан.
• множественные звездные системы из достаточно большого количества звезд, поглощающих небольшую, но значительную часть продукции каждой отдельной звезды.

Методы цивилизации III типа

• Цивилизации III типа могут использовать те же методы используется цивилизацией типа II, но применяется ко всем возможным звездам одной или нескольких галактик по отдельности.
• Они также могут использовать энергию, выделяемую сверхмассивными черными дырами, которые являются считается, что они существуют в центре большинства галактик.
• Белые дыры, если они существуют, теоретически могут увидеть большое количество энергии от сбора материи, движущейся наружу.
• Улавливание энергии гамма-всплесков - еще один теоретически возможный источник энергии для высокоразвитой цивилизации.
• Излучения от квазаров сравнимы с излучениями малых активных галактик, и, если их можно будет собрать, они могут стать мощным источником энергии.

Цивилизационные последствия

Есть много исторических примеров того, как человеческая цивилизация претерпевала большие - масштабные переходы, такие как Промышленная революция. Переход между уровнями шкалы Кардашева потенциально может представлять собой столь же драматические периоды социальных потрясений, поскольку они влекут за собой превышение жестких ограничений ресурсов, доступных на существующей территории цивилизации. Распространенное предположение предполагает, что переход от типа 0 к типу I может нести сильный риск самоуничтожения, поскольку в некоторых сценариях больше не будет места для дальнейшего расширения на родной планете цивилизации, как в мальтузианской катастрофа. Чрезмерное использование энергии без адекватного отвода тепла, например, может сделать планету цивилизации, приближающейся к Типу I, непригодной для биологии доминирующих форм жизни и их источников пищи. Если привести пример Земли, то температура моря, превышающая 35 ° C (95 ° F), поставит под угрозу морскую жизнь и сделает охлаждение млекопитающих до температур, подходящих для их метаболизма, трудным, если не невозможным. Конечно, эти теоретические предположения не могут стать проблемой, возможно, из-за применения будущих инженерных и технологий. Кроме того, к тому времени, когда цивилизация достигает Типа I, она может колонизировать другие планеты или создать колонии типа О'Нила, чтобы отработанное тепло могло распространяться по всей планетной системе.

Ограничение биологических форм жизни и развитие компьютерных технологий могут привести к трансформации цивилизации посредством загрузки разума во время перехода от Типа I к Типу II, что приведет к 79>оцифрованная цивилизация.

Расширения к исходной шкале

Было предложено множество расширений и модификаций шкалы Кардашева.

• Типы 0, IV и V Рейтинг Кардашева: Наиболее простое расширение шкалы до еще более гипотетических существ Типа IV, которые могут контролировать или использовать всю вселенную, или Типа V, которые контролируют совокупности вселенных. Это также будет включать цивилизации типа 0, которые не находятся в рейтинге по шкале Кардашева. Выходная мощность видимой вселенной находится в пределах нескольких порядков величины от 10 Вт. Такая цивилизация приближается или выходит за пределы предположений, основанных на современном научном понимании, и может быть невозможна.
  • Золтан Галантаи утверждал, что такую ​​цивилизацию невозможно обнаружить, так как ее деятельность была бы неотличима от действий природы (их не с чем сравнивать).
  • В своей книге «Параллель» Миры, Мичио Каку обсудил цивилизацию IV типа, которая может использовать «внегалактические» источники энергии, такие как темная энергия.

альтернативные рейтинговые характеристики Кардашева

В других предлагаемых изменениях шкалы используются другие метрики, такие как «владение системами», объем используемой информации или прогресс в управлении очень маленьким по сравнению с очень большим:

• Мастерство планеты (Роберт Зубрин): Также были предложены другие показатели, помимо использования чистой энергии. Один из них - это «господство» над планетой, системой или галактикой, а не рассмотрение только энергии.
• Информационное мастерство (Карл Саган): В качестве альтернативы, Карл Саган предложил добавить еще одно измерение в дополнение к чистой энергии использование: информация, доступная цивилизации.
  • Он назначил букву A для обозначения 10 уникальных битов информации (меньше, чем у любой зарегистрированной человеческой культуры) и каждой последующей буквы для обозначения увеличения на порядок, так что цивилизация уровня Z будет иметь 10 бит.
  • В этой классификации Земля 1973 года представляет собой цивилизацию 0,7 H с доступом к 10 битам информации.
  • Саган полагал, что ни одна цивилизация еще не достигла уровня Z, предполагая, что такое количество уникальной информации превысит это для всех разумных видов в галактическом сверхскоплении и наблюдение, что Вселенная недостаточно стара, чтобы эффективно обмениваться информацией на больших расстояниях.
  • Оси информации и энергии не являются строго взаимозависимыми, поэтому что даже цивилизация уровня Z не обязательно должна быть Кардашевского Типа III.
• Мастерство в микромерном измерении (Джон Барроу): Джон Д. Барроу заметил, что люди сочли более экономичным расширение их способности манипулировать окружающей средой в большей y маленькие масштабы, а не все более крупные. Поэтому он предлагает обратную классификацию вниз от типа I-минус до типа Омега-минус:
  • Тип I-минус способен манипулировать объектами в масштабе самих себя: строительство конструкций, добыча полезных ископаемых, соединение и разрушение. твердые тела;
  • Тип II-минус способен манипулировать генами и изменять развитие живых существ, трансплантировать или заменять их части, считывать и создавать их генетический код;
  • Тип III-минус способен манипулировать молекулами и молекулярными связями, создавать новые материалы;
  • Тип IV-минус способен манипулировать отдельными атомами, создавать нанотехнологии в атомном масштабе и создавать сложные формы искусственных жизнь;
  • Тип V-минус способен манипулировать атомным ядром и создавать нуклоны, которые его составляют;
  • Тип VI-минус способен манипулировать самыми элементарными частицы материи (кварки и лептоны) для создания организованной сложности среди населения элементарных частиц; кульминацией:
  • Тип Омега-минус способен управлять базовой структурой пространства и времени..

Согласно этой классификации человеческая цивилизация находится где-то между типом III-минус и типом IV-минус.

• Цивилизационный диапазон (Роберт Зубрин): Роберт Зубрин адаптирует шкалу Кардашева для обозначения того, насколько широко распространена цивилизация в космосе, а не для ее использования энергии.
  • По его определению, цивилизация Типа I распространилась по своей планете.
  • Тип II имеет обширные колонии в своей соответствующей звездной системе, а
  • Тип III колонизировал его галактика.

Критика

Утверждалось, что, поскольку мы не можем понять развитые цивилизации, мы не можем предсказать их поведение. Таким образом, шкала Кардашева не может быть актуальной или полезной для классификации внеземных цивилизаций. Этот центральный аргумент содержится в книге 2002 года Развитие пришельцев: наука о внеземной жизни.

См. Также

• Технологический портал
• Энергетический портал
• Инженерный портал
• Астрономический портал
• Наука Художественный портал

• Астрономическая инженерия
• Три закона Кларка
• Уравнение Дрейка
• Сфера Дайсона
• Герхард Ленски
• Большой фильтр
• HD 164595
• KIC 8462852
• Порядки величины ( энергия)
• Порядки величины (мощность)
• Терраформирование
• Закон Уайта
• Мировое потребление энергии

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

• Кардашев цивилизации
• Астробиология: Живая Вселенная
• Обнаружение внеземной технологической активности
• Флэш-анимация по цивилизациям
• После Кардашева: Прощание с суперцивилизациями
• Экзотические цивилизации: За пределами Кардашева
• Описание типов цивилизаций Доктор Мичио Каку
• Поиск цивилизаций типа III