Шкала Кардашева +10


Как давно вы смотрели на звёзды? В городе их, за многоэтажками и искусственным освещением, уже и не увидишь. 10 000 лет назад, когда наши предки, вооружившись каменными топорами, начинали строить цивилизацию, звёзды были всего лишь частью ландшафта. Но и тогда они притягивали взоры и беспокоили воображение своей бесконечностью. Сегодня мы знаем (вернее думаем, что знаем) что такое звёзды. Сегодня мы уже приручили атомную энергию, покатались на Луне и планируем колонизировать Марс. Сегодня мы обладаем технологиями, которыми 10 000 лет назад могли обладать только боги, да и то только в воображении обкуренных шаманов. За мгновение по меркам вселенной, мы достигли невероятного могущества. Но стоит посмотреть на ночное небо, забитое бесконечным количеством огромных термоядерных реакторов, как наше самомнение вместе с нашим могуществом начинают блекнуть. 

В 1967 году советский физик Николай Кардашев, предложил шкалу классификации цивилизаций. Шкала очень простая: 

Цивилизация 1 типа - потребляет всю энергию, получаемую планетой от ее светила (уровень зародыш). Такая цивилизация колонизирует местную систему.

Цивилизация 2 типа - потребляет энергию, излучаемую ее звездой (уровень нуб). Эта цивилизация уже контролирует потоки энергии свой звёзды и возможно вполне готова к межзвёздным перемещениям.

Цивилизация 3 типа - контролирует энергию всей галактики (продвинутый юзер). Как это может выглядеть не понятно вовсе. 

Ну и можно добавить.  

Цивилизацию 4 типа - потребляет энергию всей вселенной (уровень бог). 

Масштаб разницы между уровнями цивилизаций следующий; солнце излучает в 2 миллиарда раз больше энергии чем получает земля. Таким образом, разница между первым и вторым типом цивилизаций 9 порядков. В нашей галактике от 100–400 миллиардов звёзд. Соответственно, разница между 2 и 3 типом 11 порядков. А уровень бог ещё как минимум на 12 порядков выше.  Каждый уровень как минимум в миллиард раз больше, чем предыдущий. 

Ну а мы где на этой шкале? великолепные и неповторимые? Да в общем то нигде. Очевидно, мы и до первого уровня не дотягиваем. 

Энергия, поступающая на землю от солнца в течение года равна 3 850 000 ЭДж. Согласно Википедии, Всемирная энергосистема в 2010 году произвела 539 ЭДж.  (https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергия). Деля одно на другое получаем 0.00014. То есть нам нужно увеличить производство энергии в 10 000 раз, чтобы дотянутся до первого уровня. 

Мы все 8 миллиардов человек потребляем столько энергии, сколько от солнца поступает на землю в течении одного часа.  Мы энергетические ничтожества.  Да и ещё при своём ничтожном потреблении умудряемся загрязнять планету. 

Наш уровень по шкале Кардашева  0.00014. Результат конечно печальный. Оценить масштаб печали поможет аналогия. Наше тело состоит из 10 триллионов клеток. Поэтому при грубом приближении энергопотребление нашего тела  на 13 порядков больше энергопотребления бактерии. В одном грамме почвы находится 6 миллиардов бактерий. То есть все мы вместе взятые, вместе с нашей цивилизацией это около 1.3 граммов почвы для цивилизации первого уровня. 

Цивилизации первого уровня — это цивилизации планетарного масштаба. Которые ещё не сумели выйти вне своей системы.  Более серьёзные ребята - цивилизации второго уровня.  До них нам расти 14 порядков. Для них мы на уровне вируса. Вся наша цивилизация — это один вирус. Пытаться сравнится с 3 или тем более с 4 уровнем и вовсе бессмысленно.  Даже аналогию не подберёшь. 

Однажды ещё один физик Энрико Ферми в разговоре с коллегами задал казалось простой вопрос: где инопланетяне? Почему не прилетают к нам в гости? Оценивая масштаб нашей цивилизации, напрашивается вполне очевидный ответ. Межзвёздной логистикой могут обладать только цивилизации минимум второго порядка, для которых мы меньше, чем ничто. На нас поглядеть это им даже не в зоопарк сходить. Ну, кто разумный всерьёз решит общаться с вирусом? Как вирус поймёт, что с ним общаются? Понятно, что никак. 

А цивилизации ниже первой, с которыми мы теоретически могли бы общаться, как и мы заперты в своих системах. Такой вот космический детский сад, до которого нам ещё и дорасти нужно. Мы пока что в роддоме лежим спеленатые и максимум что можем делать это погукивать и попукивать. Будем надеяться, мы не задохнёмся в результатах своей же жизнедеятельности. 

Предыдущий абзац был для пессимистов, для оптимистов последующий. 

Хотя, наш прогресс конечно же впечатляющий. 500 лет назад за то, что для нас сегодня стало привычным, сожгли бы на костре. Всего лишь 200 лет назад наши энергетические возможности составляли долю процента от сегодняшнего энергопотребления. Колонизация Луны и Марса перестаёт быть фантастикой и постепенно становится реальностью. Так что ребёнок растёт. И растёт быстро. Только вот нет родителей, которые присмотрят, чтобы малой не свернул себе шею от излишнего энтузиазма. Зелёные человечки нам не помогут, нужно самим развиваться. 

Можно немного пофантазировать и прикинуть как подняться вверх по шкале хотя бы на пару уровней. Понятно, что увеличение потребления энергии не самоцель, но она позволяет оценить масштаб и развитие технологий, которыми обладает цивилизация. 

Сегодня в развитых странах потребление электроэнергии в год на душу населения в среднем составляет 15 мегаватт час. А вот в развивающихся 1.5 мегаватт в час.   Население развитых стран составляет 1/8 всей планеты. То есть обеспечив население всей планеты комфортным уровнем энергопотребления мы фактически должны увеличить производство энергии в 10 раз (тем самым поднимемся по шкале Кардашева на одно деление). 

На сегодня у нас три типа электростанций. Первый тип на углеводородных ресурсах; угле, газе и нефти. Даже если забудем про вредные выбросы и эмиссию парниковых газов, мы, сжигая топливо, выделяем тепло, запасенное планетой в виде энергии в течение сотен миллионов лет. То есть радостно поджариваем планету на быстром огне. Второй тип ядерные и возможно когда-нибудь термоядерные электростанции. Они более экологичные, не выбрасывают в воздух ни парниковые, ни токсичные газы (ну конечно если вдруг не рванет какая-нибудь из них). Но они также добавляют тепло в атмосферу. Если сделать ставку на эти два типа станций и увеличить мощность в 10 раз, мы без всяких парниковых газов вскипятим планету. А парниковый эффект ускорит в разы тепловую смерть Земли. 

Единственная безопасная возможность это солнечные и в меньшей степени все остальные станции (гидро, ветро, приливные, термо станции). Все эти электростанции используют уже поступающую энергию солнца и не добавляют дополнительное тепло в атмосферу земли тем самым сохраняют статус кво. 20 лет назад солнечные панели были очень дорогими и никак не могли конкурировать без дотаций с традиционными источниками энергии. Но сегодня даже на уровне домохозяйств они окупаются за пять лет. Помимо самих солнечный панелей для независимого  функционирования нужны дешевые батареи. И здесь прогресс внушительный. Если себестоимость обоих компонентов будет падать также как за прошедшие два десятилетия, мы, лет через двадцать, получим очень дешевую, практически дармовую электроэнергию. 

Ещё на один порядок мы можем приблизиться к первому уровню увеличив население планеты в 10 раз. Тогда и потребление вырастет в 10 раз, но тут есть небольшая проблема; все хотят кушать. А земля не может прокормить столько народу при текущем уровне сельского хозяйства. Сегодня мы полностью освоили все земли подходящие под производство пищи и нещадно эксплуатируем водные ресурсы планеты. Уже сейчас мы балансируем на грани голода. 

В сутки средний человек потребляет 2000 килокалорий, за год это даёт 730 000 килокалорий.  Нас примерно 8 миллиардов, и за год мы съедаем 0.002 ЭДж. Кажется, что мы очень экономны по сравнению с энергией, которую мы тратим на все остальное. Но есть и другая сторона медали. Чтобы кушать нам нужно еду выращивать, и наша еда в процессе выращивания тоже потребляет энергию. 

Сельскохозяйственные земли составляют 38 процентов от всей суши, которая в свою очередь составляет 29 процент от всей поверхности. Если очень грубо предположить, что солнечная энергия поступает равномерно на всю поверхность планеты, то сельское хозяйство получает 11 процентов от поступающей энергии. Что соответствует 423 500 ЭДж. И тут становится понятно насколько наш метаболизм неэффективен в плане потребления энергии по все пищевой цепочке. Мы потребляем в миллиард раз меньше, чем тратится на выращивание пищи. То есть чтобы мы могли отведать  одну килокалорию, планета должна потребить в миллиард больше солнечной энергии. Энергоэффективностью тут и не пахнет. 

В отличии от фотосинтеза солнечные панели намного эффективнее в плане получения энергии. Если КПД наземных растений примерно 1% (у водорослей до 30%, им не нужно тратиться на дорогостоящую структуру), у солнечных панелей уже достигает 30%. То есть, у нас уже есть более эффективные инструменты по улавливанию солнечной энергии чем у природы.   Единственное что нужно - это научится синтезировать искусственную пищу любого вида химическим путём. Если вы венчурный инвестор вкладывайте в такие стартапы, через 20-30 лет это будут монстры покрупнее мака. Сельское хозяйство постепенно будет замещаться синтезирующей промышленностью. Такое производство лишено практически всех недостатков сельского хозяйства, ему ни страшны ни засухи, ни болезни, ни куча других проблем. В принципе процесс уже начался. Мы и так уже в основном потребляем синтетическую пищу, так что переход расстроит только истинных гурманов и обрадует фармацевтические компании. 

Уже два приведённых примера позволят подняться по шкале Кардашева на два деления  в течение последующих 20-50 лет. Понятно, что население и за 100 лет не увеличится в 10 раз, но потенциал роста будет. В принципе чисто теоретически можно и дальше пофантазировать и попытаться представить следующие два порядка необходимые чтобы достичь первого уровня. Но они потребуют очень серьёзных изменений. Нам придётся перестраивать свои тела, менять структуру цивилизации, колонизировать соседние планеты. В общем интересной работы хватит надолго.




Комментарии (27):

  1. Tyusha
    /#24598818 / +18

    Наш уровень по шкале Кардашева  0.00014

    Шкала, очевидно, логарифмическая, поэтому наш уровень ~0,5. (Если считать, что между 1-м и 2-м уровнями находится 9 порядков, а мы не дотягиваем до 1-го уровня 4 порядка.

  2. pontiyphilat
    /#24598908 / +3

    "А вот в развивающихся 1.5 мегаватт в час"

  3. m-oblepiha
    /#24598910 / +5

    шкала Кардашева логарифмическая, если правильно помню, и у нас сейчас ~0.72

    • Wizard_of_light
      /#24600496 / +1

      ЕМНИП это уже дополненная Саганом, Кардашев изначально предлагал ступенчатую.

  4. Jagorm
    /#24598912 / +10

    А про что, собственно, пост?

    • Javian
      /#24598936 / +10

      "Покупайте солнечные батареи"

  5. Cryvage
    /#24599162 / +9

    Главный вопрос — зачем? Обычно мы об этом не думаем, просто действуем по наитию. Нынешняя цивилизация как-то сама собой образовалась. Но если уж мы начинаем рассуждать о выходе на качественно новый уровень, наверное стоит задуматься о целях? Каких целей предлагается достичь? Размножение? Это не наша цель, а наших генов. Выживание? Это даже не цель, а средство, ну или, можно сказать, условие, временное выполнение которого необходимо, чтобы гены могли размножиться. А что касается людей, то своей цели у нас, как бы и нет. Есть только инстинкт, навязанный процессом естественного отбора генов. Нам словно сказали: «Плодитесь и размножайтесь» — и мы так и делаем, даже не задумываясь, нужно ли это нам самим. Уже вон, за пределы планеты планируем размножиться. И весь этот путь проделан в попытках достичь чужой цели, не своей.
    Пока не будет найдена собственная цель, нет смысла говорить о каких-то там цивилизациях, какого-либо типа. Живая масса без собственной цели — это не цивилизация, поглоти она хоть энергию всей Вселенной. Цивилизация тем и отличается от всех остальных форм организации материи, что она создаётся разумными существами. Если существа не понимают, зачем они существуют, их сложно назвать разумными в полной мере. У людей пока только есть потенциал осознать себя, но они его ещё не реализовали. А до тех пор, мы даже не знаем, нужно ли нам увеличивать масштаб нашей «цивилизации». Не зная к чему хочешь придти, глупо выбирать путь. Это как искать ответ, не зная вопроса.

    • CrashLogger
      /#24600100 / +6

      Единственный смысл, который не сводится к биологии - любопытство. Долететь до Марса и посмотреть, что там. Потом до другой звезды. Потом до другой галактики. И после удовлетворения всех биологических потребностей, любопытство останется единственным, что заставляет людей шевелиться.

      • maxbrown
        /#24602348 / +4

        При желании можно свести к биологии и любопытство. Больше информации об окружающем мире — больше шансов выжить и прожить дольше. Будь наша среда обитания иной — допустим, неким островком стабильного благополучия, за пределами которого нет ничего ценного, а только быстрая или медленная смерть — естественный отбор поощрял бы отсутствие любопытства, что привело бы к его исчезновению.
        Мы рассуждаем о том, что «у машины не может быть желаний» потому, что не нашли пока никакой естественной (то есть, не внесённой в конструкцию машины по воле разработчика, а рано или поздно с математической неизбежностью самозарождающейся в машине) причины, которая заставляла бы машину к чему-либо стремиться. Но это не означает, что такой причины нет или хотя бы не может возникнуть.

  6. Matshishkapeu
    /#24599196 / +5

    А никто не задавался вопросом " А зачем?". Солнце в год теряет 180 триллионов тонн массы. Это дефект массы, полная масса прореагировавших компонентов где то на два порядка больше. Для чего нужно количество энергии достаточное для изменения ядерной структуры 18000 триллионов тонн вещества?

    Чтобы что? Биткойны из ещё более хитрожопой хэш-функции майнить? Это 18 млн тонн вещества претерпевшего ядерную реакцию на каждого жителя Земли в нынешней популяции. Зачем лично вам надо пережечь 18 млн тонн термоядерного топлива в год.

    • radtie
      /#24600130 / +7

      Ну например я хочу силой мысли как в Sims построить дом, мебелировать его, а на утро хочу все заново переделать.

      Далее хочу подправить вид из окна, возвести живописную горную гряду на горизонте.

      Мне опять же надо телепортироваться за свежими морепродуктами на японские рынки раза 3 в неделю, и искать вдохновения созерцая больной каньон, и еще я ни разу не был в парящем стеклянном городе в ОАЭ, говорят там живописнейшие джунгли.

      В общем, вы дайте мне побольше энергии, а как ее потратить я придумаю.


      Сто лет назад нефть никому была не нужна, китового жира хватало на освещение улиц, а потом, многие думали, что энергию атома кроме как для разрушения не к чему больше применить.

      • tark-tech
        /#24601072 / +4

        мечты а-ля "дом начальника ставропольского гаи" характерны для первого поколения дорвавшихся до изобилия.

        уже дети, а тем более внуки будут крутить у виска при виде таких вот, бесконечно переделывающих дом, и бить по рукам желающих возводить гряды, ибо нефиг живую природу портить своим новоделом, он еще бы плиткой предложил выложить, извращенец...

      • Matshishkapeu
        /#24601960 / +5

        >> Сто лет назад нефть никому была не нужна

        Сто лет назад Форд модел Т производился в количествах два миллиона штук в год, Рокфеллер был двадцать пять лет на своей миллиардерской пенсии, а компании Стандард Ойл, торговавшей никому не нужной нефтью и сделавшей его первым в истории миллиардером было 50 лет.

    • Hungryee
      /#24600648 / +1

      Затем что человечество развивается и требует все большее количество энергии для комфортной жизни. Если все, что вам пришло в голову по поводу использования электроэнергии, это майнинг биткоина, то вы весьма ограничены. Если вы думаете, что предел человечества - бесконечное потребление того, что мы имеем на планете - вы эгоист.

      Не понимаю, зачем писать подобного рода комментарии, если мыслительной активности в течение ровно 3 секунд хватит, чтобы самому придумать ответ на свой же вопрос

      • Matshishkapeu
        /#24600908 / +3

        Затем что все что высасывают из всех возможных пальцев в ответ на этот простой вопрос - это все глупые и выдуманные потребности. Какая то телепортация свежих карасей, поатомный сбор спелых абрикосов (нахуа?) прочие дикие оранусовые свистелки и перделки. Отсылки к опыту предыдущих веков (по сравнению с которыми потребление выросло не так сильно если его нормально считать). Очень редко кто начинает мыслить в духе "мы стали абсолютно бессмертными и после миллионов лет нас теперь триллионы". Даже в этом случае столько энергии нахер не надо.

        Исчо раз чтобы понятно было - речь про миллионы тонн прореагировавшего ядерного топлива на человека. Если условно говоря потребить одну восемнадцатимиллионную от этого количества вы получите примерно самый мощный термоядерный взрыв в истории человечества. Потреблять такие объемы энергии не на что. Если не строить коммунизм. На коммунизм можно просрать неограниченные ресурсы и ничего не построить.

    • CrazyOpossum
      /#24603098

      Сначала мы излечиваемся от старости, потом создаём неразрушимые тела/рассеиваем сознание по сети. Потом имея в руках энергию Вселенной думаем как остановить тепловую смерть и стать подлинно бессмертными. Гены идут нафиг ещё на шаге 1.

      • VDG
        /#24607008

        Вечная жизнь — это цель эгоистичного гена. А какая у него в процессе эволюции сложится форма: ДНК, кремневая, виртуальная — дело десятое.

        • CrazyOpossum
          /#24607164

          Цель генов - не вечная жизнь индивида, а вечная жизнь генофонда. Мы начали перечить этой цели когда стали поддерживать жизнь носителей вредных мутаций, вместо того чтобы скидывать разных хокингов со скалы.

  7. ramiil
    /#24599482 / +5

    Важны не порядки потребления энергии, а эффективность. Древние компьютеры имели мизерную скорость вычислений, а потребляли как небольшой завод. В 1993-м году самый мощный суперкомпьютер (Numerical Wind Tunnel) имел пиковую производительность 191 gflop/s и кушал почти 500 кВт, а сейчас Apple A15 имеет вдвое большую производительность при весьма скромном энергопотреблении. И если в некоторых вещах, вроде преобразования электричества в тепло выиграть можно уже самые крупицы, то в вычтехнике ещё есть куда совершенствоваться в плане эффективности по энергии.

  8. skhida
    /#24599852 / +2

    Вы сами себе противоречите. Сначала утверждаете, что наша производство энергии не видно на фоне энергии, поступающей от солнца, а потом боитесь, что она перегреет весь мир.

    Наоборот, панельки, забравшие треть поступающей энергии из окружающего мира, - вот что изменит Землю до неузнаваемости.

  9. CyaN
    /#24600128 / +3

    Крайне человекоцентричный взгляд на классификацию цивилизаций. Кто сказал, что развитые цивилизации будут стремиться увеличивать именно потребление энергии? Может, они будут делать все с точностью до наоборот?

    • CrashLogger
      /#24602994 / +1

      Откажутся от материальных благ и уйдут в нирвану ?Возможно, но на этом тогда их развитие и закончится. И мы никогда не узнаем об их существовании.

  10. SadOcean
    /#24600556 / +1

    Статья написана в духе "сенсационных фактов" и не раскрывает по настоящему важных вопросов.
    Тех, для которых Кардашев ее придумал.
    Сама идея гениальна и проста, а полезным ее следствием является возможность поиска высокоразвитых цивилизаций через энергию.
    Но возможно, мы не совсем правильно оцениваем то, как развитые цивилизации на самом деле будут утилизировать энергию.
    Вполне может быть, что высокоразвитые в нашем смысле цивилизации будут гораздо более энергоэффективны, нежели мы. Возможно следы их распространения будут совершенно не такими и вообще - сама по себе экспансия, требующая колоссальных расходов энергии и овоения новых источников будет не нужна.
    В этих терминах, возможно самые развитые цивилизации, бороздящие вселенную, будут распространять свои "сервера" с миллионами разумов на борту размером с чемодан.
    А машины Фон Неймана, в этих терминах, со временем безусловно станут цивилизацией второго типа, хотя будут просто размножаться.

    Впрочем сама по себе статья полезная, может кто узнает для себя что-нибудь новое

  11. Bedal
    /#24600606 / +2

    Понятно, что население и за 100 лет не увеличится в 10 раз, но потенциал роста будет.
    нет, конечно. О причинах могу поговорить отдельно, но очевидно, что с ростом уровня жизни сильно коррелирует падение роста с переходом к уменьшению численности. Человечество растёт _пока_ благодаря слаборазвитым странам.

    Собственно о шкале: она, увы, лишена смысла, потому что построена в рамках линейного мышления «нас много, и мы кушаем, а будет ещё больше и кушать будем больше». При этом с одной стороны, человечество очевидным образом не будет жить где-либо вне Земли. С другой стороны, весьма вероятно появление новой сущности, у которой будет другой, не-биологический, способ существования и отношения к энергии тоже (зачем употреблять всю энергию звезды, когда их, звёзд, полным-полно?). Ровно как человечество не запрудило и не запрудит все реки ради строительства ГЭС, давно уже выгоднее стало получать (и доставлять) много энергии другими способами.

  12. CrashLogger
    /#24603004 / +1

    А еще развитая цивилизация может использовать не звезды, а какие-то другие источники энергии. Аннигиляцию антивещества например. Или темную материю. Или гравитационные волны.

  13. alcanoid
    /#24605094

    К данной шкале в принципе вопросов много. Можно ли, например, считать третьим типом горизонтально организованную структуру из колоний одной и той же цивилизации второго типа, экстенсивно заполнившей свою галактику?

  14. vassabi
    /#24605872

    интересно, что хотя в шкале Кардашева и говорится, что "потребляет всю энергию, получаемую планетой от ее светила", но не утверждается, что цивилизация обязана это делать сидя на самой планете.

    Во-первых, очевидно, что если потребить всю энергию от солнца - то на Земле будет "немного темновато",

    во-вторых - солнечные электростанции в космосе могут масштабировать выработку энергии о-о-о-очень сильно, при этом без кратного вреда для экологии Земли (ок, могут быть проблемы с горнообогатительными работами, но их решение - не невозможно, а просто дорого)