Шкала Кардашева - Kardashev scale

Эта статья о методе измерения. Об альбоме Greydon Square см. Шкала Кардашева (альбом).
Три схематических изображения: Земля, Солнечная система и Млечный Путь.
Оценка энергопотребления в трех типах цивилизаций по шкале Кардашева

В Шкала Кардашева это метод измерения цивилизация уровень технологический продвижение в зависимости от суммы энергия они умеют пользоваться. Мера была предложена Советский астроном Николай Кардашев в 1964 г.[1] Шкала имеет три обозначенных категории:

  • А Цивилизация I типа, также называемый планетарная цивилизация - может использовать и хранить всю энергию, доступную на его планета.
  • А Цивилизация II типа, также называемая звездной цивилизацией - может использовать и контролировать энергию в масштабе своего планетная система.
  • А Цивилизация III типа, также называемая галактической цивилизацией - может контролировать энергию в масштабе всего своего хозяина. галактика.

Определение

В 1964 г. Кардашев определены три уровня цивилизации, исходя из порядка величины мощность им доступны:

Тип I
Технологический уровень цивилизации «близок к уровню, достигнутому в настоящее время на Земле, с энергопотреблением ≈4×1019 эрг / сек "(4×1012 Вт).[1] 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 1,74×1017 Вт), что составляет около четырех порядки величины выше, чем количество, достигаемое в настоящее время на Земле, с энергопотреблением ≈2×1013 Вт. Астроном Гильермо А. Лемаршан заявил, что это уровень, близкий к современной земной цивилизации с энергетической способностью, эквивалентной солнечной инсоляции на Земле, между 1016 и 1017 Вт.[2]
Тип II
Цивилизация, способная использовать энергию, излучаемую ее собственной звездой - например, этап успешного строительства Сфера Дайсона —При энергопотреблении ≈4×1033 эрг / сек[1] Лемаршан заявил, что это цивилизация, способная использовать и направлять весь выход излучения своей звезды. Тогда потребление энергии будет сопоставимо со светимостью солнце, около 4×1033 эрг / сек (4 × 1026 Вт ).[2]
Тип III
Цивилизация, обладающая энергией в собственном масштабе галактика, при энергопотреблении ≈4×1044 эрг / сек[1] Лемаршан заявил об этом как о цивилизации, имеющей доступ к силе, сравнимой со светимостью всего света. Млечный Путь галактика, около 4×1044 эрг / сек (4 × 1037 Вт).[2]

Кардашев считал, что цивилизация Типа 4 невозможна, поэтому он не пошел дальше Типа 3. Однако были предложены новые типы (0, IV, V, VI).

Текущее состояние человеческой цивилизации

Общее мировое, годовое потребление первичной энергии.
Цветное фото. Человек сидит в костюме и улыбается.
По словам астронома Карл Саган, человечество в настоящее время переживает фазу технической юности, «типичную для цивилизации, готовящейся интегрировать шкалу Кардашева первого типа».
Дальнейшая информация: Мировое потребление энергии

В настоящее время человечество еще не достигло статуса цивилизации 1-го типа. Физик и футурист. Мичио Каку предположил, что, если люди увеличивают потребление энергии в среднем на 3 процента каждый год, они могут достичь Тип I статус через 100–200 лет, статус типа II через несколько тысяч лет и статус типа III через 100 000 - миллион лет.[3]

Карл Саган предложил определять промежуточные значения (не учитываемые в исходной шкале Кардашева) с помощью интерполирующий и экстраполяция значения, указанные выше для типов I (1016 W), II (1026 W) и III (1036 W), что привело бы к формуле

,

где значение K Кардашевский рейтинг цивилизации и п это потребляемая мощность в ваттах. Используя эту экстраполяцию, "Тип 0«цивилизация, 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 тераватты (TW) как ценность для человечества 1970-х).[4]

В 2018 г. мировое потребление энергии было 13864,9 Mtoe (161,249 ТВтч ),[5] эквивалентно средней потребляемой мощности 18,40 ТВт или 0,73 по интерполированной шкале Кардашева Сагана.

Наблюдательные свидетельства

В 2015 году исследование среднего галактическогоинфракрасный эмиссии пришли к выводу, что «кардашевские цивилизации III типа либо очень редки, либо не существуют в локальная вселенная ".[6]

В 2016 году Пол Гилстер, автор сайта Centauri Dreams, описал сигнал, по всей видимости, от звезды. HD 164595 как требующие мощи цивилизации Типа I или Типа II, если они созданы внеземными формами жизни.[7] Однако в августе 2016 года было обнаружено, что источником сигнала, скорее всего, был военный спутник, вращающийся вокруг Земли.[8]

Развитие энергетики

Смотрите также: Развитие энергетики

Методы цивилизации I типа

  • Широкомасштабное применение термоядерная энергия. В соответствии с эквивалентность массы и энергии Тип I предполагает преобразование около 2 кг вещества в энергию в секунду. Теоретически эквивалентное выделение энергии может быть достигнуто путем плавления приблизительно 280 кг водород в гелий в секунду,[9] скорость примерно эквивалентна 8,9 × 109 кг / год. В кубическом километре воды содержится около 1011 кг водорода, а земной океаны содержать около 1.3×109 кубический км воды, что означает, что люди на Земле могут поддерживать этот уровень потребления в геологических временных масштабах с точки зрения доступного водорода.
  • Антивещество в больших количествах будет иметь механизм для производства энергии в масштабе, на несколько порядков превышающем текущий уровень технологий.[нужна цитата ] При столкновении антивещества с веществом весь масса покоя частиц преобразуется в энергия излучения. Их плотность энергии (энергия, выделяемая на массу) примерно на четыре порядка больше, чем при использовании ядерное деление, и примерно на два порядка больше, чем максимально возможный выход из слияние.[10] Реакция 1кг антивещества с 1 кг материи произвело бы 1,8 × 1017 J (180 петаджоулей) энергии.[11] 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 как средство хранения энергии, но не как источник энергии, если только будущие технологические разработки (вопреки сохранению барионное число, например Нарушение CP в пользу антивещества) позволяют превращать обычную материю в антивещество. Теоретически люди могут в будущем иметь возможность выращивать и собирать ряд природных источников антивещества.[12][13][14]
  • Возобновляемая энергия путем преобразования солнечного света в электричество - либо с помощью солнечные батареи и концентрация солнечной энергии или косвенно через биотопливо, ветер и гидроэлектростанция. Нет известного способа для человеческая цивилизация использовать эквивалент всей поглощенной земной солнечной энергии без полного покрытия поверхности антропогенными структурами, что невозможно при существующих технологиях. Однако если цивилизация построила очень большую космическая солнечная энергия спутники Уровни мощности типа I могут стать достижимыми - они могут преобразовывать солнечный свет в микроволновую энергию и передавать ее коллекторам на Земле.
Рисунок Рой Дайсона окружающий звезду

Методы цивилизации II типа

Методы цивилизации III типа

  • Цивилизации типа III могут использовать те же методы, что и цивилизации типа II, но применимы ко всем возможным звездам одной или нескольких галактик по отдельности.[18]
  • Они также могут использовать энергию, выделяемую сверхмассивные черные дыры которые, как полагают, находятся в центре большинства галактик.
  • Белые дыры, если они существуют, теоретически может обеспечить большое количество энергии от сбора материи, движущейся наружу.
  • Улавливая энергию гамма-всплески еще один теоретически возможный источник энергии для высокоразвитой цивилизации.
  • Выбросы от квазары сравнимы с таковыми у небольших активных галактик, и если их можно будет собрать, они могут стать мощным источником энергии.

Последствия цивилизации

Есть много исторических примеров того, как человеческая цивилизация претерпевала масштабные изменения, такие как Индустриальная революция. Переход между уровнями шкалы Кардашева потенциально может представлять собой не менее драматические периоды социальных потрясений, поскольку они влекут за собой превышение жестких ограничений ресурсов, доступных на существующей территории цивилизации. Распространенное предположение[19] 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 случае Мальтузианская катастрофа. Например, чрезмерное использование энергии без адекватного отвода тепла может сделать планету цивилизации, приближающейся к Типу I, непригодной для биологии Земли. доминирующие формы жизни и их источники 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 обитания. метаболизм сложно, если не невозможно. Конечно, эти теоретический предположения могут не стать проблемой, возможно, из-за приложений будущего инженерное дело и технологии. Кроме того, к тому времени, когда цивилизация достигает Типа I, она может колонизировать другие планеты или создать Колонии типа О'Нила, так что отработанное тепло может быть распределено по всей планетной системе.

Ограничение биологических форм жизни и развитие компьютерных технологий могут привести к трансформации цивилизации через Загрузка ума во время перехода от типа I к типу II, что приводит к оцифрованная цивилизация.

Расширения к исходному масштабу

Было предложено множество расширений и модификаций шкалы Кардашева.

  • Типы 0, IV, V рейтинг Кардашева: Наиболее прямое 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 видимого вселенная находится в пределах нескольких порядков от 1045 W. 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, поскольку ее деятельность неотличима от действий природы (их не с чем сравнивать).[20]
    • В его книге Параллельные миры, Мичио Каку обсудил Цивилизация IV типа которые могут использовать "внегалактические" источники энергии, такие как темная энергия.[21]

Кардашевский альтернативный рейтинг характеристики

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

  • Планета мастерства (Роберт Зубрин): Также были предложены другие показатели, помимо использования чистой энергии. Один - это «владение» планетой, системой или галактикой, а не рассмотрение только энергии.[22]
  • Информационное мастерство (Карл Саган): В качестве альтернативы, Карл Саган предложил добавить еще одно измерение в дополнение к использованию чистой энергии: информацию, доступную цивилизации.
    • Он назначил букву А для обозначения 106 уникальные биты информации (меньше, чем в любой зарегистрированной человеческой культуре) и каждая последующая буква, чтобы обозначить увеличение на порядок, так что цивилизация уровня Z будет иметь 1031 биты.
    • В этой классификации Земля 1973 года представляет собой цивилизацию с размером 0,7 H, имеющую доступ к 1013 биты информации.
    • Саган считал, что ни одна цивилизация еще не достигла уровня Z, предполагая, что такое количество уникальной информации превзойдет все разумные виды в мире. галактическое сверхскопление и наблюдение того, что Вселенная недостаточно стара, чтобы эффективно обмениваться информацией на больших расстояниях.
    • Информационная и энергетическая оси не являются строго взаимозависимыми, так что даже цивилизация уровня Z не обязательно должна быть Кардашевским Типом III.[4]
  • Мастерство микропространства (Джон Барроу): Джон Д. Барроу заметил, что люди сочли более рентабельным расширять свои возможности по управлению окружающей средой в более мелких масштабах, а не во все более крупных. Поэтому он предлагает обратную классификацию вниз от типа I-минус до типа Омега-минус:
    • Тип I-минус способен манипулировать объектами в масштабе самих себя: строить конструкции, добывать, соединять и разрушать твердые тела;
    • Тип II-минус способен манипулировать генами и изменять развитие живых существ, трансплантировать или заменять части самих себя, читать и создавать их генетический код;
    • Тип III-минус способен манипулировать молекулами и молекулярными связями, создавая новые материалы;
    • Тип IV-минус способен управлять отдельными атомами, создавать нанотехнологии в атомном масштабе и создавать сложные формы искусственной жизни;
    • Тип V-минус способен манипулировать атомным ядром и создавать составляющие его нуклоны;
    • Тип VI-минус способен манипулировать самыми элементарными частицами материи (кварками и лептонами) для создания организованной сложности среди популяций элементарных частиц; кульминацией:
    • Типа Омега-минус способен управлять основной структурой пространства и времени.[23]
Согласно этой классификации, человеческая цивилизация находится где-то между типом III-минус и типом IV-минус.
  • Цивилизационный ареал (Роберт Зубрин): Роберт Зубрин адаптирует шкалу Кардашева для обозначения степени распространения цивилизации в космосе, а не для ее использования энергии.
    • По его определению, цивилизация типа I распространилась по всей планете.
    • Тип II имеет обширные колонии в соответствующей звездной системе, и
    • Тип III колонизировал свою галактику.[22]

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 г. Эволюция пришельца: наука о внеземной жизни.[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Кардашев Николай (1964). «Передача информации внеземными цивилизациями». Советская астрономия. 8: 217–221. Bibcode:1964Сва ..... 8..217К.
  2. ^ а б c Лемаршан, Гильермо А. «Возможность обнаружения внеземной технологической деятельности». Coseti.
  3. ^ Каку, Мичио (2010). «Физика межзвездных путешествий: однажды достичь звезд». Получено 2010-08-29.
  4. ^ а б Саган, Карл (Октябрь 2000 г.) [1973]. Джером Агель (ред.). Космическая связь: внеземная перспектива. Фримен Дж. Дайсон, Дэвид Моррисон. Cambridge Press. ISBN  978-0-521-78303-3. Получено 2008-01-01. Я бы предложил тип 1.0 как цивилизацию, использующую 1016 ватты для межзвездной связи; Тип 1.1, 1017 Вт; Тип 1.2, 1018 Вт и так далее. Современную цивилизацию можно отнести к типу 0.7.
  5. ^ «Статистический обзор мировой энергетики ВР за 2019 год» (PDF). bp.com. BP plc. Получено 22 декабря 2019.
  6. ^ Гаррет, Майкл (2015). «Применение радиокорреляции среднего ИК-диапазона к выборке и поиск продвинутых внеземных цивилизаций». Астрономия и астрофизика. 581: L5. arXiv:1508.02624. Bibcode:2015А & А ... 581L ... 5G. Дои:10.1051/0004-6361/201526687. S2CID  67817641.
  7. ^ Гилстер, Пол (27 августа 2016 г.). «Интересный кандидат в SETI в Геркулесе». Центаврианские мечты. Получено 2016-08-29.
  8. ^ «Посторонний сигнал, обнаруженный российскими астрофизиками, оказался земным возмущением». tass.com. Санкт-Петербург, Россия: ТАСС. 2016-08-30. Получено 2016-09-02.
  9. ^ Соуэрс, П. К. (1986). Свойства водорода для получения энергии термоядерного синтеза. Калифорнийский университет Press. п. 4. ISBN  978-0-520-05500-1.
  10. ^ Боровски, Стив К. (1987-07-29). «Сравнение силовых установок термоядерного синтеза и антивещества для межпланетных путешествий» (PDF). Технический меморандум 107030. Сан-Диего, Калифорния, США: Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. С. 1–3. Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-05-28. Получено 2008-01-28.
  11. ^ Посредством эквивалентность массы и энергии формула E = MC². Видеть антивещество как источник топлива для сравнения энергии.
  12. ^ Тан, Кер (10 августа 2011 г.). "Антивещество на орбите Земли - первое". National Geographic News.
  13. ^ Адриани; Барбарино; Базилевская; Беллотти; Боэцио; Богомолов; Бонги; Бонвичини; Борисов (2011). «Открытие геомагнитно захваченных антипротонов космических лучей». Астрофизический журнал. 736 (29): L1. arXiv:1107.4882. Bibcode:2011ApJ ... 736L ... 1H. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 736/1 / L1.
  14. ^ Палмер, Джейсон (11 января 2011 г.). "Антивещество, вытекшее из гроз на Земле". Новости BBC. Получено 2015-12-29.
  15. ^ Дайсон, Фриман Дж. (1966). Маршак, Р. Э. (ред.). «Поиски внеземных технологий». Перспективы современной физики. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. Bibcode:1966pmp..book..641D.
  16. ^ Ньюман, Фил (2001-10-22). «Источник новой энергии» выкручивает «Власть из спина черной дыры». НАСА. Архивировано из оригинал на 2008-02-09. Получено 2008-02-19.
  17. ^ Шютц, Бернард Ф. (1985). Первый курс общей теории относительности. Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. С. 304, 305. ISBN  978-0-521-27703-7.
  18. ^ Кардашев Николай. "О неизбежности и возможных структурах сверхцивилизаций ", Поиск внеземной жизни: недавние события; Труды симпозиума, Бостон, Массачусетс, 18–21 июня 1984 г. (A86-38126 17-88). Dordrecht, D. Reidel Publishing Co., 1985, стр. 497– 504. Bibcode 1985IAUS..112..497K.
  19. ^ Дайсон, Фриман (1960-06-03). «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения». Наука. 131 (3414): 1667–1668. Bibcode:1960Sci ... 131.1667D. Дои:10.1126 / science.131.3414.1667. PMID  17780673. S2CID  3195432. Получено 2008-01-30.
  20. ^ Галантаи, Золтан (7 сентября 2003 г.). «Долгое будущее и цивилизации IV типа» (PDF). Получено 2014-11-03.
  21. ^ Каку, Мичио (2005). Параллельные миры: наука об альтернативных вселенных и наше будущее в космосе. Нью-Йорк: Doubleday. п.317. ISBN  978-0-7139-9728-6.
  22. ^ а б Зубрин, Роберт (1999). Выход в космос: создание космической цивилизации. ISBN  978-1585420360.
  23. ^ Барроу, Джон (1998). Невозможность: пределы науки и наука о границах. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п.133. ISBN  978-0198518907.
  24. ^ Джек Коэн и Ян Стюарт: Эволюция пришельца: наука о внеземной жизни, Эбери Пресс, 2002, ISBN  0-09-187927-2

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Библиотечные ресурсы о
Шкала Кардашева