Escala de Kardashev - Kardashev scale

Três representações esquemáticas: Terra, Sistema Solar e Via Láctea
Consumo de energia estimado em três tipos de civilizações definidas pela escala de Kardashev

A escala de Kardashev é um método de medir o nível de avanço tecnológico de uma civilização com base na quantidade de energia que ela é capaz de usar. A medida foi proposta pelo astrônomo soviético Nikolai Kardashev em 1964.

Categorias

A escala possui três categorias designadas. Estas são as primeiras 3 das 6 partes da escala Kardashev.

  • UMA A civilização Tipo I , também chamada de civilização planetária , pode usar e armazenar toda a energia disponível em seu planeta .
  • UMA A civilização Tipo II , também chamada de civilização estelar, pode usar e controlar a energia na escala de seu sistema planetário .
  • UMA A civilização Tipo III , também chamada de civilização galáctica , pode controlar a energia na escala de toda a sua galáxia hospedeira.

Definição

Em 1964, Kardashev definiu três níveis de civilização , com base na ordem de magnitude do poder disponível para cada um:

Tipo I
Nível tecnológico de uma civilização que está "próximo ao nível atualmente alcançado na Terra, com consumo de energia de ≈4 × 10 19  erg / s" (4 × 10 12  watts). Atualmente, a civilização do Tipo I é geralmente definida como aquela que pode aproveitar toda a energia que cai em um planeta de sua estrela-mãe (para o sistema Terra-Sol, este valor é próximo a 1,74 × 10 17  watts), que é cerca de quatro ordens de magnitude maiores do que a quantidade atualmente alcançada na Terra, com consumo de energia de ≈2 × 10 13  watts. O astrônomo Guillermo A. Lemarchand afirmou isso como um nível próximo à civilização terrestre contemporânea com uma capacidade energética equivalente à insolação solar na Terra, entre 10 16 e 10 17  watts.
Tipo II
Uma civilização capaz de aproveitar a energia irradiada por sua própria estrela - por exemplo, o estágio de construção bem-sucedida de uma esfera de Dyson ou cérebro Matrioshka - com consumo de energia de ≈4 × 10 33  erg / s. Lemarchand declarou isso como uma civilização capaz de usar e canalizar toda a emissão de radiação de sua estrela. O uso de energia seria então comparável à luminosidade do Sol , cerca de 4 × 10 33  erg / s (4 × 10 26  watts ).
Tipo III
Uma civilização em posse de energia na escala de sua própria galáxia , com consumo de energia de ≈4 × 10 44  erg / s. Lemarchand declarou isso como uma civilização com acesso ao poder comparável à luminosidade de toda a galáxia da Via Láctea , cerca de 4 × 10 44  erg / s (4 × 10 37  watts).

Kardashev acreditava que uma civilização Tipo 4 era impossível, então ele não foi além do Tipo 3. No entanto, novos tipos (0, IV, V, VI) foram propostos.

Estado atual da civilização humana

Total Mundial, Consumo Anual de Energia Primária.
Foto colorida.  Homem sentado de terno e sorrindo.
Segundo o astrônomo Carl Sagan , a humanidade vive atualmente uma fase de adolescência técnica, "típica de uma civilização prestes a se integrar à escala de Kardashev tipo I".

No momento atual, a humanidade ainda não atingiu o status de civilização Tipo I. O físico e futurista Michio Kaku sugeriu que, se os humanos aumentarem seu consumo de energia a uma taxa média de 3 por cento a cada ano, eles podem atingir o status Tipo I em 100-200 anos, status Tipo II em alguns milhares de anos e status Tipo III em 100.000 a um milhão de anos.

Carl Sagan sugeriu definir valores intermediários (não considerados na escala original de Kardashev) interpolando e extrapolando os valores dados acima para os tipos I (10 16  W), II (10 26  W) e III (10 36  W), que produziriam a fórmula

,

onde o valor K é a classificação Kardashev de uma civilização e P é a potência que ela usa, em watts. Usando essa extrapolação, uma civilização " Tipo 0 ", não definida por Kardashev, controlaria cerca de 1 MW de energia, e o tipo de civilização da humanidade em 1973 era de cerca de 0,7 (aparentemente usando 10 terawatt (TW) como o valor para a humanidade dos anos 1970).

Em 2019, o consumo total de energia mundial era de 14864,9  Mtep (175.249  TWh ), equivalente a um consumo médio de energia de 20,0 TW ou 0,73 na escala interpolada de Kardashev de Sagan.

Evidência observacional

Em 2015, um estudo de emissões galácticas no infravermelho médio chegou à conclusão de que "as civilizações Kardashev Tipo III são muito raras ou não existem no Universo local ".

Em 2016, Paul Gilster, autor do site Centauri Dreams, descreveu um sinal aparentemente da estrela HD 164595 como exigindo o poder de uma civilização Tipo I ou Tipo II, se produzida por formas de vida extraterrestres. No entanto, em agosto de 2016, foi descoberto que a origem do sinal era provavelmente um satélite militar orbitando a Terra.

Desenvolvimento de energia

Métodos de civilização tipo I

  • Aplicação em larga escala de energia de fusão . De acordo com a equivalência massa-energia , o Tipo I implica a conversão de cerca de 2 kg de matéria em energia por segundo. Uma libertação de energia equivalente poderia, teoricamente, ser conseguida através da fusão de cerca de 280 kg de hidrogénio em hélio por segundo, uma taxa aproximadamente equivalente a 8,9 x 10 9  kg / ano. Um km cúbico de água contém cerca de 10 11  kg de hidrogênio, e os oceanos da Terra contêm cerca de 1,3 × 10 9  km cúbicos de água , o que significa que os humanos na Terra poderiam sustentar essa taxa de consumo em escalas de tempo geológicas, em termos de hidrogênio disponível .
  • Antimatéria em grandes quantidades forneceria um mecanismo para produzir energia em uma escala de várias magnitudes acima do nível atual de tecnologia. Em colisões de antimatéria-matéria, toda a massa restante das partículas é convertida em energia radiante . Sua densidade de energia (energia liberada por massa) é cerca de quatro ordens de magnitude maior do que a do uso da fissão nuclear e cerca de duas ordens de magnitude maior do que o melhor rendimento possível da fusão . A reação de 1  kg de anti-matéria com 1 kg de matéria produziria 1,8 × 10 17  J (180 petajoules) de energia. Embora a antimatéria às vezes seja proposta como fonte de energia, isso não parece viável. A produção artificial de antimatéria - de acordo com a compreensão atual das leis da física - envolve primeiro a conversão de energia em massa, que não produz energia líquida. A antimatéria criada artificialmente só pode ser usada como meio de armazenamento de energia, não como fonte de energia, a menos que os desenvolvimentos tecnológicos futuros (ao contrário da conservação do número de bárions , como uma violação de CP em favor da antimatéria) permitam a conversão de matéria comum em antimatéria. Teoricamente, os humanos podem no futuro ter a capacidade de cultivar e colher várias fontes naturais de antimatéria.
  • Energia renovável por meio da conversão da luz solar em eletricidade - usando células solares e concentrando energia solar ou indiretamente por meio de biocombustíveis , energia eólica e hidrelétrica . Não há maneira conhecida de a civilização humana usar o equivalente à energia solar total absorvida da Terra sem cobrir completamente a superfície com estruturas feitas pelo homem, o que não é viável com a tecnologia atual. No entanto, se uma civilização construísse satélites de energia solar baseados no espaço muito grandes , os níveis de energia Tipo I poderiam ser alcançados - eles poderiam converter a luz solar em energia de micro-ondas e enviá-la para coletores na Terra.
Figura de um enxame de Dyson em torno de uma estrela

Métodos de civilização tipo II

  • As civilizações do Tipo II podem usar as mesmas técnicas empregadas por uma civilização do Tipo I, mas aplicadas a um grande número de planetas em um grande número de sistemas planetários.
  • Uma esfera de Dyson ou enxame de Dyson e construções semelhantes são megaestruturas hipotéticas originalmente descritas por Freeman Dyson como um sistema de satélites de energia solar em órbita com o objetivo de envolver uma estrela completamente e capturar a maior parte ou toda a sua produção de energia.
  • Outro meio de gerar energia utilizável seria alimentar uma massa estelar em um buraco negro e coletar fótons emitidos pelo disco de acreção . Menos exótico seria simplesmente capturar fótons já escapando do disco de acreção, reduzindo o momento angular de um buraco negro ; isso é conhecido como processo de Penrose . Isso, entretanto, só pode ser possível para uma civilização do Tipo III.
  • Levantar estrelas é um processo em que uma civilização avançada pode remover uma parte substancial da matéria de uma estrela de maneira controlada para outros usos.
  • É provável que a antimatéria seja produzida como um subproduto industrial de uma série de processos de engenharia de megescala (como o levantamento de estrelas acima mencionado) e, portanto, pode ser reciclada.
  • Em sistemas de estrelas múltiplas de um número suficientemente grande de estrelas, absorvendo uma fração pequena, mas significativa da produção de cada estrela individual.

Métodos de civilização tipo III

  • Civilizações Tipo III podem usar as mesmas técnicas empregadas por uma civilização Tipo II, mas aplicadas a todas as estrelas possíveis de uma ou mais galáxias individualmente.
  • Eles também podem ser capazes de aproveitar a energia liberada pelos buracos negros supermassivos que se acredita existirem no centro da maioria das galáxias.
  • Os buracos brancos poderiam teoricamente fornecer grandes quantidades de energia a partir da coleta da matéria e sua propulsão para fora.
  • Capturar a energia das explosões de raios gama é outra fonte de energia teoricamente possível para uma civilização altamente avançada.
  • As emissões dos quasares são comparáveis ​​às de pequenas galáxias ativas e podem fornecer uma fonte de energia massiva se forem coletáveis.

Implicações de civilização

Existem muitos exemplos históricos da civilização humana passando por transições em grande escala, como a Revolução Industrial . A transição entre os níveis da escala de Kardashev poderia potencialmente representar períodos igualmente dramáticos de convulsão social, uma vez que implicam em ultrapassar os limites rígidos dos recursos disponíveis no território existente de uma civilização. Uma especulação comum sugere que a transição do Tipo 0 para o Tipo I pode acarretar um forte risco de autodestruição, uma vez que, em alguns cenários, não haveria mais espaço para expansão futura no planeta natal da civilização, como em uma catástrofe malthusiana . O uso excessivo de energia sem o descarte adequado de calor, por exemplo, poderia tornar o planeta de uma civilização próxima ao Tipo I inadequado para a biologia das formas de vida dominantes e suas fontes de alimento. Se a Terra for um exemplo, então as temperaturas do mar acima de 35 ° C (95 ° F) colocariam em risco a vida marinha e tornariam o resfriamento dos mamíferos a temperaturas adequadas para seu metabolismo difícil, senão impossível. É claro que essas especulações teóricas podem não se tornar problemas, possivelmente por meio das aplicações de engenharia e tecnologia do futuro . Além disso, quando uma civilização atinge o Tipo I, ela pode ter colonizado outros planetas ou criado colônias do tipo O'Neill , de modo que o calor residual pode ser distribuído por todo o sistema planetário.

A limitação das formas de vida biológicas e a evolução da tecnologia de computação podem levar à transformação da civilização por meio do upload da mente e da inteligência artificial geral em geral durante a transição do Tipo I para o Tipo II, levando a uma civilização digitalizada .

Extensões à escala original

Muitas extensões e modificações à escala de Kardashev foram propostas.

  • Classificação de Kardashev dos Tipos 0, IV e V: A extensão mais direta da escala para seres ainda mais hipotéticos do Tipo IV que podem controlar ou usar o universo inteiro ou do Tipo V que controlam coleções de universos. Isso também incluiria civilizações Tipo 0, que não se classificam na escala Kardashev. A produção de energia do universo visível está dentro de algumas ordens de magnitude de 10 45  W. Tal civilização se aproxima ou ultrapassa os limites da especulação com base no conhecimento científico atual e pode não ser possível.
    • Zoltán Galántai argumentou que tal civilização não poderia ser detectada, já que suas atividades seriam indistinguíveis do funcionamento da natureza (não havendo nada para compará-las).
    • Em seus livros Hyperspace and Parallel Worlds , Michio Kaku discutiu uma civilização Tipo IV que poderia aproveitar fontes de energia "extragalácticas", como a energia escura .

Características de classificação alternativa de Kardashev

Outras alterações propostas para a escala usam métricas diferentes, como 'domínio' dos sistemas, quantidade de informações usadas ou progresso no controle do muito pequeno em oposição ao muito grande:

  • Domínio do planeta (Robert Zubrin): Métricas além do uso de energia pura também foram propostas. Um é o 'domínio' de um planeta, sistema ou galáxia, em vez de considerar apenas a energia.
  • Domínio da informação (Carl Sagan): Alternativamente, Carl Sagan sugeriu adicionar outra dimensão além do uso de energia pura: a informação disponível para a civilização.
    • Ele atribuiu a letra A para representar 10 6 bits únicos de informação (menos do que qualquer cultura humana registrada) e cada letra sucessiva para representar um aumento de ordem de magnitude de modo que uma civilização de nível Z tivesse 10 31 bits.
    • Nessa classificação, a Terra de 1973 era uma civilização de 0,7 H, com acesso a 10 13 bits de informação, em 2018, a Terra era uma civilização de 0,73 J.
    • Sagan acreditava que nenhuma civilização ainda atingiu o nível Z, conjeturando que tantas informações únicas excedem as de todas as espécies inteligentes em um superaglomerado galáctico e observando que o universo não é velho o suficiente para trocar informações efetivamente em distâncias maiores.
    • Os eixos de informação e energia não são estritamente interdependentes, de modo que mesmo uma civilização de nível Z não precisaria ser Kardashev Tipo III.
  • Domínio microdimensional (John Barrow): John D. Barrow observou que os humanos acharam mais econômico estender suas habilidades para manipular seu ambiente em escalas cada vez mais pequenas do que em escalas cada vez maiores. Ele, portanto, propõe uma classificação reversa descendente do Tipo I-menos para o Tipo Omega-menos:
    • O tipo I-minus é capaz de manipular objetos em sua própria escala: construir estruturas, minerar, juntar e quebrar sólidos;
    • Tipo II-menos é capaz de manipular genes e alterar o desenvolvimento de coisas vivas, transplantando ou substituindo partes de si mesmas, lendo e manipulando seu código genético;
    • O tipo III-minus é capaz de manipular moléculas e ligações moleculares, criando novos materiais;
    • Tipo IV-menos é capaz de manipular átomos individuais, criando nanotecnologias na escala atômica e criando formas complexas de vida artificial;
    • O tipo V-minus é capaz de manipular o núcleo atômico e projetar os núcleons que o compõem;
    • O tipo VI-minus é capaz de manipular as partículas mais elementares da matéria (quarks e léptons) para criar uma complexidade organizada entre as populações de partículas elementares; culminando em:
    • O tipo Omega-minus é capaz de manipular a estrutura básica do espaço e do tempo.
A civilização humana está em algum lugar entre o tipo III-menos e os tipos IV-menos de acordo com esta classificação.
  • Alcance civilizacional (Robert Zubrin): Robert Zubrin adapta a escala Kardashev para se referir a quão difundida uma civilização é no espaço, ao invés de seu uso de energia.
    • Em sua definição, uma civilização Tipo I se espalhou por todo o planeta.
    • Um Tipo II possui colônias extensas em seu respectivo sistema estelar, e
    • Um Tipo III colonizou sua galáxia.

Crítica

Tem sido argumentado que não podemos prever seu comportamento porque não podemos entender civilizações avançadas. Assim, a escala de Kardashev pode não ser relevante ou útil para classificar civilizações extraterrestres. Este argumento central é encontrado no livro de 2002 Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life .

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos