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卡尔达肖夫指数

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卡爾達肖夫指數（英語：Kardashev Scale，俄语：Шкала Кардашёва，又譯卡爾達肖夫尺度）是根據一個文明所能夠利用的能源量級，來量度文明層次及技術先進程度的一種假说。1964年苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出用能量级把文明分成三个量级：I型、II型和III型。I型文明使用在它的故鄉行星所有可用的能量，II型文明利用它的行星所围绕的恆星所有的能量，III型文明則利用它所處星系的所有能量。一般认为人类文明现在接近但尚未达到I型文明，經過其公式換算目前大約处在0.75級左右[來源請求]。

定義

在1964年由蘇聯天文学家尼古拉·卡爾達肖夫首先提出定義文明的三個層次，根據各個文明使用能源功率數量的量級：

  • I型 — 文明對行星可以駕馭的能量大約是1016 W。實際的數字是有很多變數的，地球的特定變數為 1.74×1017 W。（此处存疑）卡爾達肖夫指數原定義為 4×1016 W。[1]
  • II型 — 文明對一个恒星所可以駕馭的能量大約是 1026 W。同樣地，實際的數字是有很多變數的，太陽輸出的指數約為3.86×1026 W。卡爾達肖夫指數原定義為 4×1026 W。[1]
  • III型 — 文明對一個星系所駕馭的能量大約是 1036 W。這個數字是有極多變數的，因為星系的體積在變化中。卡爾達肖夫指數原定義為 4×1037 W。

在現階段，上述文明類別純為假定。但是卡爾達肖夫指數被搜尋地外文明計畫研究人員、科幻小說作家和預言家用來作理論基礎。

Trois représentations schématiques : Terre, Système solaire et Voie lactée
卡爾達肖夫指數的能源消耗估计三種類型文明的定义

人類文明的現狀

主条目：世界能源消耗量
世界的全年初级能源消耗的總量。

加來道雄認為，人類可能在100到200年[來源請求]左右達到I型狀態，在幾千年後達到II型狀態，而約在10萬至100萬年後達到III型狀態。[2]

卡爾·薩根建議定義中間值（不考慮在卡尔达肖夫的原指数），由類型I（1016 W），類型II（1026 W）和類型III（1036 W）的值來做內插和外插，得出下面的公式：

,

其中的K是一個文明的卡爾達肖夫指数，P 是它使用的電力，以瓦特爲單位。他計算出人類文明類型指數（在1973年）是0.7左右，用外推法（顯然1970年代人類使用了10太瓦（TW）的數值）。[3]

2012年，總世界能源消耗量為553艾焦（553×1018 J=153,661 TWh），相當於平均功耗為17.54太瓦（1.504×1013 W ，或0.724上的卡爾達肖夫指数）。从1973年到2012年该指数每年平均增长0.0008左右。[4]

地球的總光合生產力（英语：Photosynthetic_efficiency#Worldwide_figures）是大約1500至2250TW之間，或每年47,300-71,000艾焦（EJ），相當於0.9卡尔达肖夫指数。

對分類的批評

不相關的假設

威廉·I·纽曼和卡尔·萨根认为，单靠能源消耗的增长无法描述文明的演变；还需要考虑人口增长，特别是人口增长会受到星际旅行方式的运输能力的限制。他们得出结论，银河系维度上不可能存在古代文明，也不可能存在银河帝国，尽管存在殖民世界网络（约 5 至 10 个行星）的可能性很大[5]。

卡尔达肖夫提出的规模理论诞生于冷战的地缘政治背景，在这种背景下，能源具有至高无上的价值[6]。布宜诺斯艾利斯大学物理学家 Guillermo A. Lemarchand 认为，有四个论点反对卡尔达肖夫分类[7]：

  1. 长距离全向发射器的能源消耗非常大。使用定向或间歇性设备，每个设备指向不同的方向，所需的能量就会少得多。因此，II 或 III 文明可能不是通过指数能源消耗来定义的。
  2. 能源消耗呈指数增长的假设肯定是错误的，因为如果我们分析人类历史上的人均能源消耗，它会形成一系列的逻辑曲线，每一次技术创新都会有一个饱和点。因此，更有可能出现稳定状态或有限的增长。
  3. 1966 年，萨根和什克洛夫斯基在约翰·理查德·戈特的计算基础上，将平庸原理应用于寻找地外文明，根据这一原理，比我们更重要的文明一定非常稀有，以至于它们没有可能占据主导地位并被人们看到[8]。
  4. 最后，哈佛大学和布宜诺斯艾利斯（Horowitz 和 Sagan 在 1993 年或 Lemarchand 等人在 1997 年）的研究和监听计划都没有提供任何人造源存在的科学证据，无论是在银河系，还是在附近的星系（ M33 、 M81 、涡状星系或半人马座 A ），甚至在室女座星系团中。

对于英国气象学家刘易斯·弗莱·理查森——一项关于死亡率的统计研究的作者（发表于1960年的《致命争吵的统计》）来说，人类的攻击性不允许我们预测人类能够达到更进化阶段的寿命。他估计，人类的暴力冲动将在1000年的时间里破坏社会秩序。而且，最多几百年，人类就可能被大规模杀伤性武器毁灭[9]。

超人类主义者保罗·休斯和约翰·斯马特解释了类型信号的缺失 III 型文明有两种假设：要么它已经自我毁灭，要么它没有遵循卡尔达肖夫所描述的轨迹[10]。能源消耗的增长将导致气候危机， Yvan Dutil和Stéphane Dumas将这一设定为地球每平方米 1瓦或整个地球 127 TW。如果以每年 2% 的增长率来计算，工业文明应该在其历史上很早就停止增长（几个世纪之后）[11]。总之，无法可持续地保障能源资源，可能解释了类型 II 和 III 型文明[11]。

对于佐尔坦·加兰泰来说，不可能想象一个跨越几个世纪（如戴森球）甚至数百万年的文明项目，除非有人想象一种不同于我们的、在祖先文明范围内的思想和伦理。因此，他建议根据文明长期开展大规模文明项目的能力对文明进行分类[12]。

最后，对于弗里曼·戴森来说，在一个拥有有限能量的开放宇宙中，通信和生命可以永远持续下去；因此，智力是一个文明长期生存的唯一基本参数，而能量不再是决定文明的因素，这是他在文章《无尽的时间：开放宇宙中的物理学和生物学》中阐述的论点[13]。

註釋

  1. ^ 1.0 1.1 Lemarchand, Guillermo A. Detectability of Extraterrestrial Technological Activities. Coseti. [2013-01-29]. （原始内容存档于2019-03-18）. .
  2. ^ Kaku, Michio. The Physics of Interstellar Travel: To one day, reach the stars.. 2010 [2010-08-29]. （原始内容存档于2014-02-10）. 
  3. ^ Sagan, Carl. Jerome Agel , 编. Cosmic Connection: An Extraterrestrial Perspective. Freeman J. Dyson, David Morrison. Cambridge Press. October 2000 [1973] [2008-01-01]. ISBN 0-521-78303-8. 
  4. ^ Primary Energy Consumption 2008-2012' Total Primary Energy Consumption 2008-2012 请检查|url=值 (帮助) (cfm). Statistical Review of World Energy 2008-2012. [2015-07-22]. （原始内容存档于2013-06-14）. 
  5. ^ Newman, William I.; Sagan, Carl. Galactic civilizations: Population dynamics and interstellar diffusion. Icarus. 1981, 46 (3): 293–327. Bibcode:1981Icar...46..293N. doi:10.1016/0019-1035(81)90135-4. hdl:2060/19790011801 可免费查阅. 
  6. ^ Wilson, Richard. Energy and the Environment in the Next Millenium 1st. World Scientific Publishing Company. 2011: 51–61. ISBN 978-9814365925. doi:10.1142/8232. 
  7. ^ Lemarchand, Guillermo A. Speculations on the First Contact: Encyclopedia Galactica or the Music of the Spheres?. When SETI Succeeds: The Impact of High-Information Contact. 2000: 153–163. （原始内容存档于2023-08-07）. 
  8. ^ Gott, J. R. Implications of the Copernican Principle for our Future Prospects (PDF). Nature. 1993, 363 (6427): 315–319. Bibcode:1993Natur.363..315G. S2CID 4252750. doi:10.1038/363315a0. 
  9. ^ Lemarchand, Guillermo A. Speculations on the First Contact: Encyclopedia Galactica or the Music of the Spheres?. When SETI Succeeds: The Impact of High-Information Contact. 2000: 153–163. （原始内容存档于2023-08-07）. 
  10. ^ Galantai, Zoltan. After Kardashev: Farewell to Super Civilizations. Contact in Contex. 2006, 2 (2). 
  11. ^ 11.0 11.1 Dutil, Y.; Dumas, S. https://www.aspbooks.org/publications/420/439.pdf |chapterurl=缺少标题 (帮助) (PDF). Meech, K. J.; Keane, J. L.; Mumma; Siefert, J. V.; Werthimer (编). Sustainability: A Tedious Path to Galactic Colonization. ASP Conference Series 420. 2007: 439–442. ISBN 978-1-58381-720-9. arXiv:0711.1777 可免费查阅. 
  12. ^ Galantai, Zoltan. After Kardashev: Farewell to Super Civilizations. Contact in Contex. 2006, 2 (2). 
  13. ^ Dyson, Freeman J. Time Without End: Physics and Biology in an Open Universe (PDF). Reviews of Modern Physics. 1979, 51 (3): 447–460. Bibcode:1979RvMP...51..447D. doi:10.1103/RevModPhys.51.447. 

參考文献

  • Кардашёв Н. С. Космология и цивилизации // Древняя астрономия, небо и человек: тезисы докладов международной научно-методической конференции. — М., 1997. （俄文）
  • Holdren J. P. Environmental Change and the Human Condition // Bulletin of the American Academy of Arts and Sciences. — 2003. — Iss. Fall 2003. — P. 24—31.

延伸閱讀

参见

外部链接

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