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标题: 人类隔断I型文明并不迢遥，大概只差300多年 [打印本页]

作者: 中英许 时间: 2022-8-12 21:32
标题: 人类隔断I型文明并不迢遥，大概只差300多年

图片泉源：pixabay
卡尔达舍夫品级将能利用整个行星、恒星和星系能量的文明分别分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。如今人类是0.728级文明，按照以往的能量增长速率，我们大概能在2347年左右成为I型文明。但是，盲目地利用能源大概是个陷阱，霸道发展带来的气候危急大概是宇宙全部文明的“大过滤器”，为了让人类文明恒久发展，我们必须转换自己的能源布局。在这种环境下，我们又将在何时成为I型文明呢？
撰文 | 王昱
审校 | 二七
一个文明的发展是多方面的，生齿、经济、军事、文化、科技等都可以作为权衡文明品级的准绳。但这些方面所代表的通常只是文明的冰山一角，而且难以量化对比。对物理学家这群不想关注细节的“懒人”而言，整个文明的能耗便成了最方便的参数。一方面，它反映了整个文明利用能源的本事，这与整个文明的生齿、经济与技能气力息息相干；另一方面，它又是一个非常详细的数字，可以量化分析。
这就是卡尔达舍夫品级（Kardashev Scale）诞生的逻辑。苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫（Николай Кардашёв）在1964年提出了这个概念，他用能量级将文明分为3个品级：I型、Ⅱ型和Ⅲ型，这些文明分别可以利用一颗行星，一颗恒星和一个星系的能量。

图片泉源：wikipedia
I型文明是行星级文明。这种文明可以充实利用宿主恒星（对人类而言，是太阳）通报到其母星（地球）上的能量，也能充实利用这颗行星自身包罗的能量（化石能源、核能等），对应的能耗为10W。
Ⅱ型文明是恒星级文明。恒星紧张通过发光的方式向外通报能量，太阳向外辐射能量的总功率为4×10W，Ⅱ型文明对应的能耗指标就为10W。根据E=mc盘算，相当于每11秒，这个文明就能斲丧掉西湖水总质量对应的能量。为了网络这么多能源，Ⅱ型文明大概会制作一些能源巨构，比如戴森球。戴森球上大概另有盘算功能，为了充实利用能量，如许的布局以致大概是多层的，一层戴森球的废热可以为下一层戴森球提供能量，形成俄罗斯套娃脑（matryoshka brain）。Ⅱ型文明应该已经把握了一些非常迢遥的科幻级技能，比如正反物质泯没引擎、制造小型黑洞等。
Ⅲ型文明是星系级文明。银河系的总亮度为4×10W，思量到整个星系着实太过巨大，只要整个文明的能耗到达银河系总亮度的2.5%，也就是10W，我们就能将它称为Ⅲ型文明。对于这种级别的文明，大概连时空自己都能随意操控，它们大概能制造虫洞或超大质量黑洞。这种文明的技能气力应该已经完全超出了我们的认知，我们应该无法想象他们拥有的技能。
卡尔达舍夫品级并不是离散、分立的，它着实可以通过一个对数公式表现。如果一个文明的全部能源斲丧为P，那么这个文明对应的卡尔达舍夫品级K可以表现为：

根据国际能源署的数据，2018年环球能源消耗为14 281 889千吨油当量（能量单位，kTOE，kilo ton oil equivalent），约莫为1.90×10W。再由上述公式盘算可得，地球上的人类文明如今属于0.728级文明。
已往，人类能源消耗约莫是按照指数增长的——每年增长的能源消耗制造了更多呆板，能让我们在下一年斲丧更多能源。如果仅仅按照以往的增长率简朴粗暴地举行拟合，就能发现我们约莫能在2347年左右成为I型文明，在几千年后成为Ⅱ型文明，在几十万年后成为Ⅲ型文明。
能源的陷阱
不外，这只是一个很大抵的估计。它只是根据已往人类能源增长率来估计未来，并没有思量实际的限定，过于乐观。而且，国际能源署所利用的这个单位让我们不由得想起一些不妙的事故——化石能源的环境威胁。固然只是用石油来等效，但是化石能源如今确确实实给整个地球的环境带来了许多危害。正如美国生物学家艾德华·威尔森（Edward Osborne Wilson）曾说的：“人类真正面对的题目是：我们拥有旧石器期间的感情，中世纪的制度和宛若神明的技能。”我们的文明也正在面对严肃的气候危急。以致有人以为，文明在向I型文明发展的过程就是一个“大过滤器”（Great Filter），增长的能源消耗会带来剧烈的气候厘革，从而导致文明殒命。因此，没有文明能到达更高的品级——这大概就是“费米悖论”的表明，也是还没有外星人和我们创建接洽的缘故起因。
如今，意识到气候危急的人类正在实行限定自身的碳排放。比如，我国就提出，到2030年天下二氧化碳排放量到达峰值；到2060年非化石能源消耗比重到达80%以上，天下实现碳中和。而欧盟诸国和美国等发达国家则操持到2050年实现碳中和目的。未来的几十年，人类团体的能源布局大概将面对巨大的转型。
在这种配景下，我们必须重新审阅各种能源的厘革，重新盘算人类成为I型文明的时间。近来，一个国际研究团队在预印本网站上公布了他们的研究结果，他们根据《连合国气候厘革框架公约》（UNFCCC）的政策和发起，以及国际能源署（IEA）对未来几十年能源斲丧的推测，开辟了一个更详细的影响模子，估计人类在此框架下成为I型文明的时间。他们的结论是，如果人类将紧张能源转换为干净能源，大概能在2371年左右成为I型文明。
转型的检验
模子体现，如果环球各国都推行自己的答应，那么在2040年代，人类将会快速低沉对化石能源的依靠。到2050年左右，化石能源的斲丧会敏捷低沉到相对很低的水平。

（a）、（b）、（c）分别为人类对煤炭、天然气和原油的消耗，玄色为指数模子，赤色为影响模子，蓝色为国际能源署汗青数据。图片泉源：原论文
在化石能源快速衰减的同时，太阳能、风能、水力、地热等可再生能源将会根本维持指数发展模式，以致会加速发展补充镌汰化石能源带来的毛病。
而另有一种不容忽视却颇受争议的能源——核能。国际能源署表现：“从汗青上看，核电不停是环球无碳电力的最大贡献者之一，而且具有资助电力行业脱碳的巨大潜力。”已往50年中，核能镌汰了550亿吨二氧化碳排放，险些相当于人类2年二氧化碳排放的总和。

从1971年到2018年环球核电供应量。图片泉源：原论文
但在多数民气中，核电始终是可骇的存在。1986年的切尔诺贝利核事故和2011年的福岛核事故让全部人都心有余悸，1986年后，环球核电增速减缓，2011年环球核电发电量以致出现了显着的倒退。就算核电黑白常安全的能源，发展速率也不得不受此影响而放缓。按照国际能源署安全数据表（Safety Data Sheet，SDS）的最抱负估计，未来核电的年均匀增长率约莫为2.47%。

差别条件下的核能发展环境。黑线为已有数据、赤色虚线为不再建立新的核电站、蓝色虚线为只建立规划中的核电站、绿色虚线为按照国际能源署安全数据表规划、建立核电站。图片泉源：原论文
在这种限定下，可再生能源总量将到达核电的两倍左右。

赤色为可再生能源、玄色为核能。图片泉源：原论文
在如许的估计下，全人类的能源斲丧反而大概会在2030年左右降落，在2050年左右到达最低值。这是能源转型的阵痛，但却是我们制止环球变暖，不让人类陷入“大过滤器”的唯一办法。之后，大概人类的能源消耗能回归指数级别增长，在用20～30年完成能源转型的环境下，在2371年左右，我们大概能就能安全地成为I型文明。

对人类文明品级的推测。图片泉源：原论文
固然卡尔达舍夫品级是个非常刀切斧砍的限定，但它只是故事的一半。我们固然必要大量能源，但能源的利用服从同样紧张。在提倡绿色节能的本日，越来越多低能耗的技能被开辟了出来，用更少的能源，实现同样、以致更好的结果。大概，只有当我们不必要仅仅依靠支配的能源来评判文明的标准时，我们的文明才气得到真正的进步。
参考文献：

https://www.sciencealert.com/astrophysicists-estimate-when-humanity-could-become-a-type-i-civilization
https://arxiv.org/abs/2204.07070
https://www.iea.org/data-and-statistics
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编辑：乐子超人

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