2022年6月24日 星期五

卡尔达肖夫 文明的三个层次

 卡尔达肖夫指数(英语:Kardashev Scale,俄语:Шкала Кардашёва,又译卡尔达肖夫尺度)是根据一个文明所能够利用的能源量级,来量度文明层次及技术先进程度的一种假说。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乡行星所有可用的能量,II型文明利用它的行星所围绕的恒星所有的能量,III型文明则利用它所处星系的所有能量。一般认为人类文明现在接近但尚未达到I型文明,经过其公式换算目前大约处在0.75级左右。

定义编辑

在1964年由苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出定义文明的三个层次,根据各个文明使用能源功率数量的量级:

  • I型 — 文明对行星可以驾驭的能量大约是1016 W。实际的数字是有很多变数的,地球的特定变数为 1.74×1017 W。(此处存疑)卡尔达肖夫指数原定义为 4×1016 W。[1]
  • II型 — 文明对一个恒星所可以驾驭的能量大约是 1026 W。同样地,实际的数字是有很多变数的,太阳输出的指数约为3.86×1026 W。卡尔达肖夫指数原定义为 4×1026 W。[1]
  • III型 — 文明对一个星系所驾驭的能量大约是 1036 W。这个数字是有极多变数的,因为星系的体积在变化中。卡尔达肖夫指数原定义为 4×1037 W。

(W,瓦特=J/s,焦耳每秒,即I型文明在一秒即可输出亿亿焦耳的能量,相当于两千万吨TNT当量——大型核弹)

在现阶段,上述文明类别纯为假定。但是卡尔达肖夫指数被搜寻地外文明计划研究人员、科幻小说作家和预言家用来作理论基础。

Trois représentations schématiques : Terre, Système solaire et Voie lactée
卡尔达肖夫指数的能源消耗估计三种类型文明的定义

人类文明的现状编辑

世界的全年初级能源消耗的总量。

加来道雄认为,人类可能在100到200年左右达到I型状态,在几千年后达到II型状态,而约在10万至100万年后达到III型状态。[2]

卡尔·萨根建议定义中间值(不考虑在卡尔达肖夫的原指数),由类型I(1016 W),类型II(1026 W)和类型III(1036 W)的值来做内插和外插,得出下面的公式:

K = \frac{\log_{10}P-6} {10},

其中的K是一个文明的卡尔达肖夫指数P 是它使用的电力,以瓦特为单位。他计算出人类文明类型指数(在1973年)是0.7左右,用外推法(显然1970年代人类使用了10太瓦(TW)的数值)。[3]

2012年,总世界能源消耗量量为553艾焦(553×1018 J=153,661 TWh),相当于平均功耗为17.54太瓦(1.504×1013 W ,或0.724上的卡尔达肖夫指数)。从1973年到2012年该指数每年平均增长0.0008左右。[4]

地球的总光合生产力英语Photosynthetic_efficiency#Worldwide_figures是大约1500至2250TW之间,或每年47,300-71,000艾焦(EJ),相当于0.9卡尔达肖夫指数。

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