Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о методе измерения. Об альбоме Greydon Square см . Масштаб Кардашева (альбом) .
Три схематических изображения: Земля, Солнечная система и Млечный Путь.
Оценка энергопотребления в трех типах цивилизаций по шкале Кардашева

Шкала Кардашева - это метод измерения уровня технологического развития цивилизации на основе количества энергии, которое она может использовать. Мера была предложена советским астрономом Николаем Кардашевым в 1964 году [1].

Категории [ править ]

Шкала имеет три обозначенных категории.

  • А Цивилизация типа I , также называемая планетарной цивилизацией, может использовать и хранить всю энергию, доступную на своей планете .
  • А Цивилизация типа II , также называемая звездной цивилизацией, может использовать и контролировать энергию в масштабе своей планетной системы .
  • А Цивилизация типа III , также называемая галактической цивилизацией, может контролировать энергию в масштабе всей своей галактики .

Также есть 2 расширенные категории.

  • Цивилизация типа IV, также называемая универсальной цивилизацией, может контролировать энергию в масштабе всей своей вселенной- хозяина . [2]
  • Цивилизация Типа Ω или Типа V, также называемая мультиуниверсальной цивилизацией, может управлять энергией в масштабе множества вселенных и может создавать вселенные. [2]

Определение [ править ]

В 1964 году Кардашев определил три уровня цивилизации , исходя из порядка величины власти, доступной каждому:

Тип I
Технологический уровень цивилизации «близок к уровню, достигнутому в настоящее время на Земле, с энергопотреблением ≈4 × 10 19 эрг / сек» (4 × 10 12 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 × 10 17 Вт), что примерно на четыре порядка больше, чем количество, достигаемое в настоящее время на Земле, с энергопотреблением ≈2 × 10 13Вт. Астроном Гильермо А. Лемаршан заявил, что это уровень, близкий к современной земной цивилизации с энергетической способностью, эквивалентной солнечной инсоляции на Земле, от 10 16 до 10 17 Вт. [3]
Тип II
Цивилизация, способная использовать энергию, излучаемую собственной звездой - например, этап успешного построения сферы Дайсона или мозга Матрешки - с энергопотреблением ≈4 × 10 33 эрг / сек. [1] Лемаршан заявил, что это цивилизация, способная использовать и направлять все излучение своей звезды. Тогда потребление энергии будет сопоставимо со светимостью Солнца , примерно 4 × 10 33 эрг / сек (4 × 10 26 Вт ). [3]
Тип III
Цивилизация, обладающая энергией в масштабе своей галактики , с энергопотреблением ≈4 × 10 44 эрг / сек. [1] Лемаршан заявил, что это цивилизация, имеющая доступ к мощности, сопоставимой со светимостью всей галактики Млечный Путь , около 4 × 10 44 эрг / сек (4 × 10 37 Вт). [3]

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 [ править ]

Общее мировое, годовое потребление первичной энергии.
По словам астронома Карла Сагана , человечество в настоящее время переживает фазу технической юности, «типичную для цивилизации, которая собирается интегрировать шкалу Кардашева первого типа».
Дополнительная информация: Мировое потребление энергии

В настоящее время человечество еще не достигло статуса цивилизации 1 типа. Физик и футурист Мичио Каку предположил, что, если люди увеличивают потребление энергии в среднем на 3 процента каждый год, они могут достичь статуса Типа I через 100–200 лет, статуса Типа II через несколько тысяч лет и статуса Типа III в От 100000 до миллиона лет. [4]

Карл Саган предложил определять промежуточные значения (не учитываемые в исходной шкале Кардашева) путем интерполяции и экстраполяции значений, приведенных выше для типов I (10 16 Вт), II (10 26 Вт) и III (10 36 Вт), что дало бы формулу

,

где значение K - рейтинг Кардашева цивилизации, а P - потребляемая ею мощность в ваттах. Используя эту экстраполяцию, цивилизация " Типа 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 (ТВ) в качестве значения для человечества 1970-х годов). [5]

В 2018 году общее мировое потребление энергии составило 13864,9 Мтнэ (161249 ТВтч ) [6], что эквивалентно среднему энергопотреблению 18,40 ТВт или 0,73 по интерполированной шкале Кардашева Сагана.

Наблюдательные доказательства [ править ]

В 2015 году исследование галактических излучений в среднем инфракрасном диапазоне привело к выводу, что «цивилизации Кардашевского типа III либо очень редки, либо не существуют в локальной Вселенной ». [7]

В 2016 году Пол Гилстер, автор веб-сайта Centauri Dreams, описал сигнал, исходящий от звезды HD 164595, как требующий мощности цивилизации типа I или типа II, если он был произведен внеземными формами жизни. [8] Однако в августе 2016 года было обнаружено, что источником сигнала, скорее всего, был военный спутник, вращающийся вокруг Земли. [9]

Развитие энергетики [ править ]

Смотрите также: Развитие энергетики

Методы цивилизации I типа [ править ]

  • Широкомасштабное применение термоядерной энергии . Согласно эквивалентности массы и энергии , Тип I подразумевает преобразование около 2 кг вещества в энергию в секунду. Эквивалентное выделение энергии теоретически может быть достигнуто путем плавления примерно 280 кг водорода в гелий в секунду [10], что примерно эквивалентно 8,9 × 10 9 кг / год. Кубический километр воды содержит около 10 11 кг водорода, а океаны Земли содержат около 1,3 × 10 9 кубических километров воды , а это означает, что люди на Земле могут поддерживать этот уровень потребления в геологических временных масштабах с точки зрения доступного водорода. .
  • Антивещество в больших количествах могло бы иметь механизм для производства энергии в масштабе на несколько порядков выше современного уровня технологий. [ необходимая цитата ] При столкновениях антиматерии с веществом 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 от синтеза . [11] Реакция 1  кг антивещества с 1 кг вещества даст 1,8 × 10 17  Дж.(180 петаджоулей) энергии. [12] 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, но не в качестве источника энергии, если только будущие технологические разработки (вопреки сохранению барионного числа , такие как нарушение СР в пользу антивещества) не позволят преобразовать обычную материю в антивещество. Теоретически люди могут в будущем иметь возможность выращивать и собирать ряд природных источников антивещества. [13] [14][15]
  • Возобновляемая энергия за счет преобразования солнечного света в электричество - либо за счет использования солнечных батарей и концентрации солнечной энергии, либо косвенно через биотопливо , энергию ветра и гидроэлектроэнергии . У человеческой цивилизации нет известного способа 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 спутники на солнечной энергии , уровни мощности типа I могут стать достижимыми - они могут преобразовывать солнечный свет в микроволновую энергию и передавать ее коллекторам на Земле.
Фигура роя Дайсона, окружающего звезду

Методы цивилизации типа II [ править ]

  • Цивилизации типа II могут использовать те же методы, что и цивилизации типа I, но применимы к большому количеству планет в большом количестве планетных систем.
  • Dyson сфера или Dyson роя и подобные конструкции являются гипотетическими мегаструктуры первоначально описанные Freeman Dyson как система орбитальных солнечных спутников мощности , предназначенные , чтобы приложить звезду полностью и захватить большую часть или все его вырабатываемой энергии. [16]
  • Еще один способ генерировать полезную энергию - направить звездную массу в черную дыру и собрать фотоны, испускаемые аккреционным диском . [17] [18] 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 переработано. [ необходима цитата ]
  • В кратных звездных системах достаточно большое количество звезд, поглощающих небольшую, но значительную долю продукции каждой отдельной звезды.

Методы цивилизации типа III [ править ]

  • 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. [19]
  • Они также могут использовать энергию, выделяемую сверхмассивными черными дырами, которые, как полагают, существуют в центре большинства галактик.
  • Белые дыры , если они существуют, теоретически могут обеспечить большое количество энергии за счет сбора материи, движущейся наружу.
  • Захват энергии гамма-всплесков - еще один теоретически возможный источник энергии для высокоразвитой цивилизации.
  • Эмиссия квазаров сравнима с эмиссией небольших активных галактик и может стать мощным источником энергии, если ее можно будет собрать.

Последствия цивилизации [ править ]

Есть много исторических примеров того, как человеческая цивилизация претерпевала масштабные преобразования, такие как промышленная 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 [20] 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 мальтузианцев. катастрофа. Например, чрезмерное использование энергии без адекватного отвода тепла могло бы 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 рассуждения не могут стать проблемами, возможно, из-за приложений будущей техники 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 быть распределено по всей планетной системе.

Ограничение биологических форм жизни и развитие компьютерных технологий могут привести к трансформации цивилизации через загрузку разума и искусственный интеллект в целом во время перехода от Типа I к Типу II, что приведет к оцифрованной цивилизации .

Расширения к исходному масштабу [ править ]

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 45  Вт. Такая цивилизация приближается или выходит за пределы предположений, основанных на текущем научном понимании, и может быть невозможна.
    • Золтан Галантаи утверждал, что такую ​​цивилизацию невозможно обнаружить, так как ее деятельность будет неотличима от действий природы (их не с чем сравнивать). [21]
    • В своей книге параллельных мирах , Каку обсудил цивилизацию типа IV , которые могли бы использовать «внегалактические» источники энергии , такие как темная энергия . [22]

Кардашевские альтернативные рейтинговые характеристики [ править ]

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:

  • Planet mastery (Роберт Зубрин): Также были предложены другие показатели, помимо использования чистой энергии. Один - это «владение» планетой, системой или галактикой, а не рассмотрение только энергии. [23]
  • Мастерство информации (Карл Саган): В качестве альтернативы, Карл Саган предложил добавить еще одно измерение в дополнение к использованию чистой энергии: информацию, доступную цивилизации.
    • Он назначил букву A, чтобы представить 10 6 уникальных битов информации (меньше, чем любая зарегистрированная человеческая культура), и каждую последующую букву для обозначения увеличения на порядок, так что цивилизация уровня Z будет иметь 10 31 бит.
    • В этой классификации Земля 1973 года представляет собой цивилизацию размером 0,7 H с доступом к 10 13 битам информации.
    • Саган полагал, что ни одна цивилизация еще не достигла уровня Z, предполагая, что такое количество уникальной информации превысит таковое у всех разумных видов в галактическом сверхскоплении, и отмечая, 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. [5]
  • Микродинамическое мастерство (Джон Барроу): Джон Д. Барроу заметил, что люди считают более рентабельным расширять свои способности по управлению окружающей средой в более мелких масштабах, чем в 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 их части, считывать 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 конструировать нуклоны, из которых оно состоит;
    • Тип VI-минус способен манипулировать самыми элементарными частицами материи (кварками и лептонами) для создания организованной сложности среди популяций элементарных частиц; кульминацией:
    • Тип Омега-минус способен управлять базовой структурой пространства и времени. [24]
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 всей планете.
    • Тип II имеет обширные колонии в соответствующей звездной системе, и
    • Тип III колонизировал свою галактику. [23]

Критика [ править ]

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» . [25]

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Кардашев, Николай (1964). «Передача информации внеземными цивилизациями». Советская астрономия . 8 : 217–221. Bibcode : 1964SvA ..... 8..217K .
  2. ^ a b «Как выглядят инопланетные цивилизации? Шкала Кардашева» . YouTube .
  3. ^ a b c Лемаршан, Гильермо А. "Обнаружение внеземной технологической активности" . Coseti.
  4. ^ Каку, Мичио (2010). «Физика межзвездных путешествий: однажды достичь звезд» . Проверено 29 августа 2010 .
  5. ^ a b 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. Проверено 1 января 2008 . Я хотел бы предложить Type 1.0 , как цивилизация , используя 10 16 Вт для межзвездной связи; Тип 1.1, 10 17 Вт; Типа 1,2, 10 18 Вт и так далее. Современную цивилизацию можно отнести к типу 0.7.
  6. ^ "Статистический обзор мировой энергетики BP за 2019 г." (PDF) . bp.com . BP plc . Проверено 22 декабря 2019 .
  7. ^ Гарретт, Майкл (2015). «Применение радиокорреляции среднего ИК-диапазона к образцу Ĝ и поиск продвинутых внеземных цивилизаций». Астрономия и астрофизика . 581 : L5. arXiv : 1508.02624 . Bibcode : 2015A & A ... 581L ... 5G . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201526687 . S2CID 67817641 . 
  8. ^ Gilster, Пол (27 августа 2016). «Интересный кандидат в SETI в Геркулесе» . Центаврианские мечты . Проверено 29 августа 2016 .
  9. ^ "Чужой сигнал, обнаруженный российскими астрофизиками, оказывается земным возмущением" . tass.com . Санкт-Петербург, Россия: ТАСС. 2016-08-30 . Проверено 2 сентября 2016 .
  10. ^ Souers, PC (1986). Свойства водорода для получения энергии термоядерного синтеза . Калифорнийский университет Press. п. 4. ISBN 978-0-520-05500-1.
  11. ^ Боровского, Steve K. (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 оригинального (PDF) 28 мая 2008 года . Проверено 28 января 2008 .
  12. ^ Поформуле эквивалентности массы и энергии E  =  mc ². Рассмотрите антивещество как источник топлива для сравнений энергии.
  13. ^ Тан, Кер (10 августа 2011 г.). «Антивещество обнаружено на орбите Земли - первое» . National Geographic News .
  14. ^ 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 . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 736/1 / L1 .
  15. ^ Палмер, Джейсон (11.01.2011). «Антивещество, вытекшее из гроз на Земле» . BBC News . Проверено 29 декабря 2015 .
  16. ^ Дайсон, Фриман Дж. (1966). Маршак Р.Е. (ред.). «Поиски внеземных технологий». Перспективы современной физики . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. Bibcode : 1966pmp..book..641D .
  17. ^ Ньюман, Фил (2001-10-22). "Источник новой энергии" выжимает "силу из вращения черной дыры" . НАСА . Архивировано из оригинала на 2008-02-09 . Проверено 19 февраля 2008 .
  18. ^ Schutz, Бернард Ф. (1985). Первый курс общей теории относительности . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. с. 304, 305. ISBN 978-0-521-27703-7.
  19. ↑ Кардашев, Николай . " О неизбежности и возможных структурах сверхцивилизаций ", Поиск внеземной жизни: последние события; Труды симпозиума, Бостон, Массачусетс, 18–21 июня 1984 г. (A86-38126 17-88). Дордрехт, D. Reidel Publishing Co., 1985, стр. 497–504. Bibcode 1985IAUS..112..497K.
  20. ^ Дайсон, Фримен (1960-06-03). «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения» . Наука . 131 (3414): 1667–1668. Bibcode : 1960Sci ... 131.1667D . DOI : 10.1126 / science.131.3414.1667 . PMID 17780673 . S2CID 3195432 . Проверено 30 января 2008 .  
  21. ^ Galántai, Золтан (7 сентября 2003). «Долгое будущее и цивилизации IV типа» (PDF) . Проверено 3 ноября 2014 .
  22. ↑ 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.
  23. ^ a b Зубрин, Роберт (1999). Выход в космос: создание космической цивилизации . ISBN 978-1585420360.
  24. ^ Барроу, Джон (1998). Невозможность: пределы науки и наука о границах . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п. 133 . ISBN 978-0198518907.
  25. ↑ Джек Коэн и Ян Стюарт: Развитие пришельца: наука о внеземной жизни , Ebury Press, 2002, ISBN 0-09-187927-2 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дайсон, Фримен Дж. Статья « Энергия во Вселенной» в журнале Scientific American в сентябре 1971 г. (специальный сентябрьский выпуск по энергетике )
  • Русинек, Марвин (1998). «Энергопотребление Европы» . Сборник фактов по физике .
  • Энергия ветра в Америке
  • Чистая энергия для выживания планеты: Центр исследований международного развития
  • Ученые LBL исследуют глобальное потепление
  • Справочник E³
  • Энергетические системы Clarke H2
  • Холдрен, Джон П .; Карл Кайсен (2003). «Изменение окружающей среды и условия жизни человека» (PDF) . Бюллетень Fall . С. 24–31 . Проверено 10 августа 2006 .
  • Дордрехт, Д. (1985). «Экспоненциальное расширение: галактическая судьба или технологическое высокомерие?». В BR Finney, MD Papagiannis (ред.). Поиски внеземной жизни: последние события . Reidel Publ. Co., стр. 465–463.
  • Шкадова
  • Коротаев, А .; Малков, А .; Халтурина, Д. (2006). Введение в социальную макродинамику: компактные макромодели роста мировой системы . Москва: УРСС. ISBN 978-5-484-00414-0.
  • Кардашев, Николай (март 1997). «Космология и цивилизации». Астрофизика и космическая наука . 252 : 25–40. Bibcode : 1997Ap & SS.252 ... 25K . DOI : 10,1023 / A: 1000837427320 . S2CID  117792321 .
  • Сверхцивилизации как возможные продукты прогрессивной эволюции материи : также Кардашев.
  • Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения , Фримен Дж. Дайсон
  • Радио в поисках разумной внеземной жизни , Фрэнк Дрейк
  • Фрейтас-младший, Роберт А. Энергия и культура (глава 15) .
  • Гриффин, Джон (февраль 2010 г.). Операция TOGA: Тип, впереди . ISBN 978-1-4502-0702-7.

Внешние ссылки [ править ]

Ресурсы библиотеки о
шкале Кардашева
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках
  • Кардашевские цивилизации
  • Астробиология: Живая Вселенная
  • Обнаруживаемость внеземной технологической деятельности
  • Flash-анимация о цивилизациях
  • После Кардашева: прощание с суперцивилизациями
  • Экзотические цивилизации: За пределами Кардашева
  • Описание типов цивилизаций от доктора Мичио Каку
  • Поиск цивилизаций типа III
  • Как выглядят инопланетные цивилизации? Шкала Кардашева , короткое видео на YouTube от Kurzgesagt , объясняющее и визуализирующее тему.