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卡尔达肖夫指数:我们如何衡量一个文明的技术进步?

微商货源信息发布   发布时间:2020-10-19   发布者:koubei5

实话实说——我们已经经历过了地球上的各种障碍——战争、饥荒、洪水、流行病、环境破坏(这样的例子还有很多)。幸运的是,也有很多好事情在等着我们——电的广泛运用和互联网的出现,对月球和火星等天体的探索,以及在大型强子对撞机中发现希格斯玻色子等等。

火星漫游者

火星漫游者(图片来源:Pixabay)

那么,在周遭混乱的局面之中,我们如何衡量出所有令人振奋的科学创新与发现呢?伴随着对技术创新的不懈追求,我们正面临着越来越多的灾难。可怕的灾难和巧妙的创新如此对立地结合在一起,我们又如何评估我们作为一种文明的进步呢?

1964年,俄罗斯物理学家尼科莱·卡尔达肖夫(Nicolai Kardashev)首次尝试对文明进程进行分级与分类。他的模型被称为“卡尔达肖夫指数”(Kardashev scale),该指数以文明能够利用的能源数量为基础,来衡量文明的技术进步程度。大体上来说,一个文明拥有的技术越先进,能够利用的能源就越多。随着能源利用率的提高,文明社会可以进一步改进技术。卡尔达肖夫认为,人类文明将达到其技术和利用能源的能力所能达到的程度。

最初的卡尔达肖夫指数

在他1964年发表的论文《外星文明的信息传递》中,尼科莱·卡尔达肖夫(Nicolai Kardashev)提出了一个基于其能源利用能力的文明分类三级体系:

I型

这是技术进步的第一个层次,在这一阶段,文明能够利用它所居住的星球上的所有能源。对于地球来说,这个值大约为7×1017瓦。然而,目前我们只能利用4×1012瓦的能源。因此,按照卡尔达肖夫指数的标准,即使是技术先进的文明的第一阶段,我们仍然有一段路要走!一些科学家认为,考虑到目前技术进步的速度,我们可能在几个世纪后实现这一目标。

II型

第二类是技术中等先进的文明,它可以利用所在的恒星所辐射的能量。这一阶段包括某种文明建造一个戴森球的能力——一个理论上的想法,即压缩太阳以获取其所有能量。如果我们进入这个阶段,我们将能够利用来自我们的恒星太阳的4×1026瓦。

戴森球的具象化

假设的戴森球体(图片来源:Віщун/Wikimedia mons)

III型

第三类文明将是所有文明中最先进的,拥有利用整个银河系输出的能量的能力,大约是第二类文明所能达到的100亿倍。这个群体可以在整个星系中殖民,并利用居住所在地的数十亿恒星的能量。卡尔达肖夫提出,这样一个文明可以获得与星系亮度相当的能量,因此如果以银河系为例,它将转化为能够利用4×1037瓦的能量!

卡尔达肖夫指数中定义的三种文明的能源消耗的估计(图片来源:Indif/Wikimedia mons)

人类文明的现状

正如我们所见,尽管我们自以为是地球上最智慧的生物,但作为一个文明,我们甚至还没有达到这个级别的第一级!

未来主义者木谷美雄(Michio Kaku)认为,要达到I型还需要几百年时间。但是,第二种级别可能需要几千年才能达到,而最高级别的第三种类型需要非常漫长的等待——100万年!

著名科学交流者木谷美雄(Michio Kaku)(图片来源:Flickr)

卡尔·萨根(Carl Sagan)试图通过考虑中间值(原始的卡尔达肖夫指数中并未考虑)来为人类文明的当前进展计算一个明确的卡尔达肖夫值,更具体地说,就是通过插值和外推给出类型I到类型III的值。为此,他提出了以下公式:

此处:

K =卡尔达肖夫值(Kardashev value)

P=一个文明的利用能力(Power the civilization uses)

利用外推法,他认为这是一种“0型”的文明(最初并不是由卡尔达肖夫定义),并计算出卡尔达肖夫值在1973年时为0.7,显然,当时人类是使用了10太瓦的电力。

卡尔达肖夫指数的修改和扩展

科学家和占星家们已经扩大了这个范围,以进一步衡量假定文明的进步——或是银河文明,星系间文明,甚至可能是能够穿越多元宇宙的文明!

让我们看看这些扩展和修改:

0至IV型

许多人觉得卡尔达肖夫的范围太有限,只有3级的排名系统。此外,它甚至无法将人类纳入第一类。因此,很多人倾向于将卡尔达肖夫指数定义为0到4级。0型文明包括能够从其星球上的原材料或自然资源中提取能源的文明,就像我们从木材、煤炭、石油、水(即我们的自然资源)中提取能源。人类理所当然地就属于这一类。在这个扩展的范围中,它也仔细考虑了能够提取宇宙中所有能量的文明,即类型IV。

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