Шкала Кардашева ( русский : Шкала Кардашёва , латинизированная : Шкала Кардашова ) — это метод измерения уровня технологического развития цивилизации , основанный на количестве энергии , которую она способна усвоить и использовать. Мера была предложена советским астрономом Николаем Кардашевым (1932–2019) [1] в 1964 году [2] и названа в его честь.
Масштаб является гипотетическим и относится к потреблению энергии в космическом масштабе. С тех пор были предложены различные расширения шкалы, включая более широкий диапазон уровней мощности (типы 0, IV и V) и использование показателей, отличных от чистой мощности (например, рост вычислительной мощности или потребление пищи ). [3] [4]
Кардашев впервые изложил свои масштабы в докладе, представленном на Бюраканской конференции в Армении в 1964 году , научной встрече, на которой рассматривалась советская радиоастрономическая программа космических прослушиваний. Статья называлась « Передача информации внеземными цивилизациями » («Передача информации внеземными цивилизациями»). [2] Отталкиваясь от функционального определения цивилизации, основанного на неизменности физических законов и используя человеческую цивилизацию в качестве модели экстраполяции , была разработана первоначальная модель Кардашева. Он предложил классификацию цивилизаций на три типа, основанную на аксиоме экспоненциального роста :
Во второй статье, озаглавленной «Стратегии поиска внеземного разума», опубликованной в 1980 году, Кардашев задается вопросом о способности цивилизации, которую он определяет через ее способность получать доступ к энергии, поддерживать себя и интегрировать информацию из окружающей среды. [5] Последовали еще две статьи: «О неизбежности и возможной структуре суперцивилизаций» и «Космология и цивилизации», опубликованные в 1985 и 1997 годах соответственно; [6] [7] советский астроном предложил способы обнаружения суперцивилизаций и управления программами SETI (поиск внеземного разума).
Ряд учёных провели поиски возможных цивилизаций, но без убедительных результатов. [8] Однако отчасти благодаря таким поискам были идентифицированы необычные объекты, известные теперь как пульсары или квазары . [9]
Кардашев впервые представил классификацию цивилизаций по уровню их энергопотребления в статье « Передача информации внеземными цивилизациями» , опубликованной в 1964 году сначала на русском языке в мартовском-апрельском номере « Астрономического журнала» , [2] затем в Английский язык в сентябрьском – октябрьском номере Советского астрономического журнала за 1964 год. [2] В данной статье ученый представляет расчет эволюции энергетических потребностей человечества, и подсчитывает, что энергопотребление последнего будет равно излучаемому Солнцем, оцениваемому в 4 × 10 26 Вт (Вт ), примерно через 3200 лет, то будет равна излучению 10 11 звезд, подобных нашей (что соответствует расчетному числу звезд в Млечном Пути) через 5800 лет. На основании этого наблюдения и учитывая, что нет оснований предполагать, что в ходе эволюции энергопотребление человечества может уменьшаться, Кардашев предлагает классификацию технологических цивилизаций на три типа. [2] [10]
Цивилизация, известная как «Тип I», способна собирать и использовать всю доступную энергию на своей планете, то есть теоретический эквивалент 10 16 Вт . По словам Кардашева, это тот тип цивилизации, к которому Земля была ближе всего в 1964 году. Цивилизация, известная как «Тип II», превзойдет первую в 10 миллиардов раз, достигнув потребления 10 26 ватт, на этот раз используя все сила , излучаемая его звездой . Наконец, цивилизация, известная как «Тип III», сможет собирать и потреблять всю энергию, излучаемую ее галактикой , что эквивалентно 10 37 Вт. [2]
Предполагая развитие радио , Кардашев предсказал, что в последующие два десятилетия (т.е. в 1980-е годы) можно будет построить антенны площадью 100 000 м 2 , способные обнаруживать цивилизации II и III типов. Цивилизация типа I, подобная земной, сможет получать необычайные энергетические выбросы других типов цивилизаций, которые, предположительно, будут способны излучать непрерывно. [2] [11]
Затем Кардашев изучил характеристики передачи от искусственного источника. Он, в частности, упомянул два источника космического радиоизлучения, открытые в 1963 году Калифорнийским технологическим институтом , а именно СТА-21 и СТА-102 , которые будут иметь характеристики, близкие к характеристикам предполагаемого искусственного источника. Наиболее подходящим регионом галактики для наблюдения за цивилизациями Типа II и III будет Галактический Центр из-за высокой плотности звездного населения, которое он укрывает. Затем он рекомендовал, чтобы программы поиска таких искусственных источников сосредоточились на других близлежащих галактиках, таких как Галактика Андромеды , Магеллановы Облака , M87 или Центавр А. Кардашев завершил свою статью, отметив, что возможное открытие даже простейших организмов на Марсе увеличит вероятность существования цивилизаций типа II в галактике. [2]
В 1980 году Николай Кардашев опубликовал вторую статью под названием « Стратегии поиска внеземного разума: фундаментальный подход к основной проблеме» [5] , в которой заявил, что:
Обнаружение и изучение внеземных цивилизаций представляют собой проблему огромного значения для прогресса человечества, его культуры и философии. Открытие разумной жизни во Вселенной могло бы стать ориентиром для возможного развития нашей цивилизации в течение астрономических периодов времени.
— Николай Кардашев, Стратегии поиска внеземного разума: фундаментальный подход к основной проблеме
По мнению советского астронома, наша цивилизация была бы слишком молода, чтобы иметь возможность контактировать с другой цивилизацией, которая наверняка была бы более развитой, чем мы; Солнечная система слишком молода, ей пять миллиардов лет, а первые предки современного человека появились самое раннее всего 6 миллионов лет назад; [12] возраст самых старых небесных объектов составляет от 10 до 14 миллиардов лет; ясно, что другие цивилизации несравнимо старше человеческой цивилизации. Поэтому знания этих цивилизаций должны быть больше наших, и, рассуждал он, они обязательно должны быть в курсе того, что мы делаем. [5]
Кардашев полагал, что нынешнее состояние нашей цивилизации, вероятно, является лишь одним из этапов, через которые цивилизации проходят в своем развитии. Таким образом, можно определить цивилизацию на основе этой универсальной характеристики, которая позволила Александру Ляпунову определить жизнь как «высоко стабильное состояние материи, которое использует информацию, закодированную состояниями отдельных молекул, для производства поддерживающих реакций», которые Кардашев называет «функциональное определение цивилизации». [5] Поэтому он предлагает думать о цивилизации как о «высоко стабильном состоянии материи, способном приобретать, проводить абстрактный анализ и использовать информацию для получения качественно новой информации об окружающей среде и о себе, чтобы улучшить свои возможности сбора новой информации для вызывая устойчивые реакции». Поэтому цивилизация характеризуется качеством информации, получаемой ее операционной программой, и энергией, необходимой для реализации этих функций. Под «информацией о своей среде обитания и о себе» Кардашев уточнил, что это данные об органической или неорганической природе, науке , технике , экономике , культуре , искусстве и т. д. Исходя из этого определения, он предложил диаграмму, изображающую взаимодействия между цивилизацией и окружающей его среды и перечислил ряд научных проблем, возникающих в результате этого взаимодействия с информацией, доступной во Вселенной. [5]
Из этого определения Кардашев сделал три вывода. Первый постулировал, что из-за огромного и неограниченного набора действий, необходимых для решения научных задач, период, в течение которого цивилизации должны передавать информацию и общаться, обязательно будет длительным, даже неограниченным. С другой стороны, поскольку наше нынешнее развитие охватывает лишь незначительную часть этой фазы общения , Кардашев выдвинул гипотезу о высокой маловероятности того, что мы встретим «братьев по интеллекту», находящихся на той же стадии эволюции, что и мы. В конце концов, высокоразвитые цивилизации знают и используют законы физики в такой степени, о которой мы еще не подозревали. Кардашев утверждал, что «этот последний пункт следует учитывать в исследовательских программах внеземных цивилизаций» и пришел к выводу, что весьма вероятно, что наше нынешнее состояние является лишь одним из этапов, через которые проходит каждая цивилизация в ходе своей эволюции. [5]
Затем Кардашев проанализировал различные модели и гипотезы эволюции цивилизации. Отвечая на вопрос российского астронома Иосифа Шкловского , который в статье, опубликованной в 1977 году и озаглавленной « Возможность уникальности разумной жизни во Вселенной», нашел странным, что «ударная волна разума» сверхцивилизации еще не достигла пределов всей Вселенной , Кардашев выдвинул две объяснительные гипотезы. В первом он постулировал, что сверхцивилизации было бы бесполезно расширять занимаемое ею пространство для поддержания своей деятельности, а во втором - возможно, что цивилизация, вместо того чтобы рассредоточиться в пространстве, предпочла бы продолжать свое существование. его деятельность по анализу информации с целью открытия новых фундаментальных законов (например, исследование микрокосма или черных дыр ). [5]
Однако такая цивилизационная деятельность требует использования большого количества энергии. Согласно законам термодинамики , важная часть этой затраченной энергии должна быть преобразована в излучение болометрической величины , примерно равной радиационному фону, окружающему источник. Спектральное распределение этой интенсивности должно быть близко к спектральному распределению черного тела . Это было бы возможным способом поиска внеземных цивилизаций. Такое потребление энергии также потребовало бы большого количества твердой материи для звездной инженерной деятельности, которую Кардашев назвал «космическими чудесами». Короче говоря, информация о возможном существовании внеземной цивилизации поступала бы в виде электромагнитного излучения . [5]
Что касается судеб цивилизаций, Кардашев видел две концепции, из которых можно вывести две стратегии поиска внеземных цивилизаций. Первый, который он назвал «земным шовинизмом », основан на принципе, согласно которому цивилизации могут стабилизироваться или погибнуть только на уровне развития, близком к нашему, достигнутому в настоящее время. Вторая, которую он назвал «эволюционной концепцией», утверждает, что цивилизации способны достичь более высоких уровней развития, чем современное человечество. В первом случае лучшей стратегией поиска с использованием астрономических средств обнаружения (например, программы SETI ) было бы наблюдение самых мощных (и зачастую самых удаленных) источников радиации в космосе. Тогда наблюдатель сможет определить, являются ли они естественными источниками излучения, и только тогда можно будет сосредоточить поиск на объектах с более слабым излучением. Во втором случае он рекомендовал искать новые и мощные источники излучения, особенно в малоизученных областях электромагнитного спектра . Этими источниками могут быть значительные или периодические монохроматические сигналы из центра галактики , других галактик или квазаров и других экзотических космических объектов. Кардашев считал, что поиски следует сосредоточить на спектре миллиметровых волн , близком к максимальной интенсивности космического микроволнового фона , а не на 21-сантиметровом диапазоне (который является областью исследований программы SETI). По мнению Кардашева, чтобы уловить значительное излучение развитой цивилизации, излучаемое мегаструктурой ( такой как сфера Дайсона ), в орбитальном пространстве пришлось бы разместить радиотелескоп с диаметром, превышающим диаметр Земли. [5]
В заключение Кардашев предсказал, что поиск внеземных цивилизаций приведет к положительным результатам в следующем десятилетии, предоставив человечеству доступ к огромному количеству информации о Вселенной и ее эволюции за период в несколько миллиардов лет. [5]
В статье «О неизбежности и возможной структуре суперцивилизаций» , опубликованной в 1985 году, Кардашев упоминает возможные сценарии и средства исследования, доступные человечеству для обнаружения гипотетических внеземных суперцивилизаций . Советский астроном напоминает нам, что мы ищем эти сверхцивилизации, исходя из собственных критериев развития, и что предсказания возможны только для внеземных миров, близких к нашему технологическому уровню, а остальные находятся за пределами нашего интеллектуального представления. Тем не менее ему кажется полезным разработать модели сверхцивилизаций, основанные одновременно на воображении и на наших нынешних научных знаниях. Поскольку законы физики неизменны, даже если в будущем будут открыты новые законы, они не отменят уже известные. [6]
По мнению Кардашева, теоретические модели сверхцивилизаций должны отвечать двум основным предположениям. Первый заключается в том, что диапазон деятельности сверхцивилизаций, подчиняющейся законам физики, ограничен только естественными и научными ограничениями, а второй заключается в том, что эволюция деятельности сверхцивилизации не может быть прервана или ограничена внутренними, присущими ей непредвиденными обстоятельствами, такими как крупномасштабные катаклизмы. социальные конфликты. По мнению Кардашева, в отличие от других ученых, сверхцивилизации не могут самоуничтожиться или регрессировать. Согласно этим принципам, в космосе должны существовать мегаструктуры огромных размеров, излучающие много энергии и информации и существующие миллиарды лет, но при этом быть достаточно компактными, чтобы быстро обмениваться между собой большими объемами данных. Таким образом, сверхцивилизация создала бы технологическую структуру космических размеров. В качестве примера Кардашев приводит мегаструктуру Фримена Дайсона , представляющую собой сферу диаметром в несколько астрономических единиц . Другие явления могут указывать на высокотехнологичную деятельность, такую как искусственный взрыв звезд или изменение звездных орбит для накопления массы и энергии. Гигантские молекулярные облака также таят в себе большой потенциал для астроинженерии . Кардашев даже поднимает вопрос о возможности того, что сверхцивилизация изменит всю галактику. [6] [7]
Затем он напоминает о теоретической и математической возможности существования мегаструктуры в виде диска, вращающегося сам по себе с постоянной угловой скоростью . По его словам, поиск интеллектуальных сигналов должен быть направлен на обнаружение подобных мегаструктур по характеристическому излучению (20 мкм). Квазары или галактические центры могут быть отличными кандидатами в качестве свидетельства существования сверхцивилизации, поскольку они излучают сильное инфракрасное излучение, что указывает на твердую структуру. Астроном советует искать эти объекты в диапазоне длин волн от нескольких микрон до нескольких миллиметров. Крупные интеллектуальные структуры также можно обнаружить по тому, что они экранируют или отражают окружающее излучение. [6]
Кардашев полагает, что весьма вероятно, что сверхцивилизация уже обнаружила и наблюдала за человечеством с помощью телескопов космических размеров. Он обсуждает это в статье 1997 года на эту тему, озаглавленной « Радиоастрон – радиотелескоп, намного больший, чем Земля» . [13] Для этой сверхцивилизации наука «космическая этнография» должна быть высоко развита. Однако тот факт, что до сих пор не было установлено никакого контакта, можно объяснить этическими соображениями этих цивилизаций . Исходя из этого принципа, Кардашев видит только два возможных сценария эволюции сверхцивилизации: естественная эволюция и эволюция после контакта с другими внеземными цивилизациями . Он считает более вероятным сценарий, основанный на контакте двух высокоразвитых в технологическом и культурном отношении цивилизаций; этот сценарий, который он называет «гипотезой урбанизации», приведет к перегруппировке и объединению нескольких цивилизаций в нескольких компактных регионах Вселенной . [6]
Кардашев перечисляет в форме исследовательских инструментов шесть возможных сценариев (обобщенных в таблице в конце его статьи 1997 года) [13] , которые объясняют эволюцию цивилизации. Каждый из сценариев соответствует вероятности , одному или нескольким объектам наблюдения, адаптированной процедуре и, наконец, возможным последствиям для нашей цивилизации: [6]
В статье «Космология и цивилизации» , опубликованной в 1997 году, Кардашев вновь подтверждает необходимость тщательного наблюдения астрономических объектов с сильным излучением с целью обнаружения сверхцивилизаций. Однако обнаружение цивилизации на таком же этапе развития, как и наша, маловероятно. Существование таких сверхцивилизаций стало возможным благодаря тому, что жизнь на Земле возникла недавно по сравнению с возрастом Вселенной (8×10 9 лет до образования Солнечной системы ). Затем он исследует условия появления жизни в космологических масштабах времени. Учитывая скорость эволюции жизни на Земле и учитывая возраст Вселенной, разумно предположить, что цивилизация могла достичь нашего уровня технологического развития за 6 × 10 9 лет. Подобные цивилизации можно наблюдать и в близлежащих регионах, поскольку чем дальше мы наблюдаем, тем моложе объекты. Недавние открытия источников интенсивной радиации, смертельной для жизни, показывают, что жизнь могла процветать под укрытием в течение времени, необходимого для ее появления и поддержания. Еще одним аргументом в пользу возможности существования очень древней сверхцивилизации является то, что большинство объектов, которые могли бы быть мегаструктурами, еще не обнаружены и не нанесены на карту. Кроме того, 95% материи остается невидимой или о ней можно судить только по гравитационному влиянию, которое она производит. [7]
По мнению Кардашева, необходимо сосредоточить наши поисковые инструменты на новых объектах, излучающих с длиной волны от нескольких микрон до нескольких миллиметров и при температуре от 3 до 300 К , что характерно для крупных структур твердого вещества. [15] Тогда можно было бы обнаружить структуры, принадлежащие к Типу II, в нашей галактике или в близлежащих галактиках. Структуры типа III можно наблюдать и на больших космологических расстояниях. Кардашев напоминает, что исследование проводилось на 3000 источниках каталога IRAS с четырех сторон неба. Были выбраны два температурных диапазона: от 110 до 120 К и от 280 до 290 К. Анализ показал, что источники 110–120 К группируются в плоскости Галактики и в ее центре. Кардашев поясняет, что только более мощные наблюдения в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне смогут выявить возможные искусственные источники радиации. Затем он ссылается на предложенные им проекты, в частности на проект вывода на орбиту криогенного космического телескопа ( проект «Миллиметрон» ). [7] [16]
По словам Кардашева, эти результаты в сочетании с результатами других исследований возраста некоторых космических объектов позволяют предположить, что в нашей галактике могут существовать цивилизации, возникшие от 6 до 8 миллиардов лет назад. Вполне вероятно, что они уже давно открыли нашу собственную цивилизацию, гипотезу, которая могла бы ответить на вопрос, поставленный Энрико Ферми , когда он сформулировал свой парадокс : «Где они?». Однако без открытия искусственных источников теория Шкловского о самоуничтожении цивилизаций в результате крупномасштабных социальных конфликтов была бы доказана. Кардашев упоминает еще одну гипотезу, которая, по его мнению, способна объяснить динамику сверхцивилизаций: «эффект обратной связи» (теоретизированный Себастьяном фон Хёрнером в 1975 г.) [17] , основанный на гипотезе о том, что на высоком технологическом уровне Цивилизации имеют тенденцию к сближению, а не к изоляции. Тогда расстояние между сверхцивилизациями могло бы определяться половиной времени технологической эволюции древнейшей цивилизации, которое составило бы от 3 до 4 миллиардов лет. С другой стороны, этой сверхцивилизации, возможно, уже давно не было в нашей галактике. В заключение Кардашев говорит, что, поскольку расширение Вселенной бесконечно, число и время жизни таких сверхцивилизаций также бесконечны. [7]
Гипотетическая классификация, известная как шкала Кардашева, выделяет три этапа эволюции цивилизаций по двойным критериям доступа и энергопотребления . [18] [19] Целью данной классификации является руководство поиском внеземных цивилизаций, в частности в рамках SETI , в котором участвовал Кардашев, [20] и это при условии, что часть энергии, используемой каждым типом, предназначена для общение с другими цивилизациями. Чтобы сделать этот масштаб более понятным, Лемаршан сравнивает скорость, с которой объем информации, эквивалентный 100 000 книгам среднего размера, может передаваться по галактике. Цивилизация типа II может отправлять эти данные с помощью луча передачи, длительность которого составляет всего 100 секунд. Аналогичный объем информации можно отправить на межгалактические расстояния около десяти миллионов световых лет со временем передачи в несколько недель. Цивилизация типа III может отправить одинаковое количество данных во всю наблюдаемую вселенную со временем передачи 3 секунды. [18] [21]
Классификация Кардашева основана на предположении о темпах роста 1% в год. Кардашев считал, что человечеству потребуется 3200 лет, чтобы достичь Типа II, и 5800 лет, чтобы достичь Типа III. [3] Однако доктор Мичио Каку считает, что человечество должно увеличивать потребление энергии на 3% в год, чтобы достичь типа I через 100–200 лет. [22] Таким образом, эти типы отделены друг от друга темпами роста в несколько миллиардов. [3]
Цивилизация, «близкая к уровню, достигнутому в настоящее время на Земле, с потреблением энергии ≈4 × 1019 эрг /сек» (4 × 1012 Вт). [2] Цивилизация типа I обычно определяется как та, которая может использовать всю энергию, поступающую на ее родную планету от родительской звезды (для Земли это значение составляет примерно 2 × 1017 Вт), что примерно на четыре порядка превышает достигнутый в настоящее время на Земле объем, при энергопотреблении ≈2 × 1013 Вт к 2020 году. Астроном Гильермо А. Лемаршан определил Тип I как уровень, близкий к современной земной цивилизации, с энергетической мощностью, эквивалентной солнечному излучению Земли , между 10 Вт.16 и 1017 Вт. [23]
Цивилизация, способная использовать энергию, излучаемую собственной большой звездой – например, успешно создав сферу Дайсона или мозг Матрешки – с потреблением энергии ≈4 × 1033 эрг/сек. [2] Лемаршан определил такие цивилизации как способные использовать и направлять всю радиацию своей звезды. Потребление энергии тогда было бы сравнимо со светимостью Солнца , примерно 4 × 1033 эрг/сек (4 × 1026 Вт ). [23]
Цивилизация с энергией в масштабах собственной галактики , с потреблением энергии ≈4 × 1044 эрг/сек. [2] Лемаршан определил цивилизации этого типа как имеющие доступ к энергии, сравнимой со светимостью всей галактики Млечный Путь , примерно 4 × 1044 эрг/сек (4 × 1037 Вт). [23]
По имеющимся на тот момент данным, Кардашев не вышел за рамки цивилизации III типа. Однако были предложены новые типы (0, IV, V и VI).
В 1973 году Карл Саган обнаружил работу Кардашева по классификации цивилизаций. [24] Он обнаружил, что различия между типами, выявленными Кардашевым, были настолько велики, что не позволяли наилучшим образом моделировать эволюцию цивилизаций. [11] Следовательно, Саган предлагает более уточненную классификацию, по-прежнему основанную на типах Кардашева, но объединяющую промежуточные уровни с использованием следующей формулы логарифмической интерполяции : [25]
,
где K — цивилизация типа Кардашева, а W — количество потребляемой ею энергии, в ваттах. Таким образом, цивилизация типа 1.1 будет определяться мощностью 10 17 ватт, а цивилизация типа 2.3 сможет использовать 10 29 ватт.
Более того, приведенную выше формулу можно использовать для экстраполяции за пределы исходных типов Кардашева. Например, цивилизация типа 0 , не определённая Кардашевым, будет контролировать около 1 МВт электроэнергии (что эквивалентно горению около 100 костров в любой момент времени); на Земле возникновение цивилизаций типа 0 примерно совпадает с возникновением цивилизации в общем смысле. [26]
Саган подсчитал, что, согласно этой пересмотренной шкале, человечество 1970-х годов будет относиться к типу 0,7 (около 10 тераватт ), [27] что эквивалентно 0,16% энергии, доступной на Земле. [28] Этот уровень характеризуется, по его словам, способностью к самоуничтожению, которую он называет «технологической юностью». [29] В 2021 году общее мировое потребление энергии составило 595,15 эксаджоулей (165 319 ТВтч ), [30] что эквивалентно среднему энергопотреблению 18,87 ТВт или рейтингу Кардашева 0,73 (до 2 квадратных футов ). [31]
Саган также предлагает для полноты добавить алфавитную шкалу для обозначения уровня социального развития , выраженного в объеме информации, доступной цивилизации. Таким образом, цивилизация класса А будет основана на 10 6 битах информации (меньше, чем любая зарегистрированная человеческая культура), класс B — на 10 7 , класс C — на 10 8 и так далее. Человечество в 1973 году относилось бы к классу «0,7 H». [32] По мнению Сагана, первая цивилизация, с которой человечество вступит в контакт, могла находиться между «1,5 Дж» и «1,8 К»; галактическая сверхцивилизация находилась бы на стадии «3 Q», а федерация галактик могла бы находиться на стадии «4 Z». [21] Информационная и энергетическая оси не являются строго взаимозависимыми, поэтому даже цивилизация уровня Z не обязательно должна быть Кардашевским типом III. [32] Саган считал, что ни одна цивилизация еще не достигла уровня Z, предполагая, что такое количество уникальной информации превысит количество всех разумных видов в галактическом сверхскоплении , и отмечая, что Вселенная недостаточно стара, чтобы эффективно обмениваться информацией на больших расстояниях.
В 2017 году общий объем информации, сгенерированной в Интернете, составил 26 зеттабайт (по оценкам, в 2023 году — 120 зеттабайт), [33] что эквивалентно 0,73 R/S по комбинированной шкале Сагана.
В книге «Физика будущего» (2011) американский физик Мичио Каку исследует условия, при которых человечество может приблизиться к планетарной цивилизации типа I. Эта конвергенция основана, прежде всего, на экономике знаний . Каку использует шкалу Кардашева, но развивает ее, добавляя дополнительный этап: цивилизация IV типа сможет черпать необходимую ей энергию из внегалактического излучения . Изучая эволюцию технологий, изменивших историю ( бумага , интегральная схема ), Каку считает, что человечество движется к цивилизации планетарных измерений, «отправной точкой» которой является Интернет . [34]
Цивилизация типа I потребляет энергию в тысячи и миллионы раз больше, чем нынешняя планетарная мощность, примерно в 100 триллионов триллионов ватт. У него будет достаточно энергии, чтобы манипулировать возникновением определенных природных явлений, таких как землетрясения или вулканы , и он сможет строить города на океанах . Зачатки цивилизации I типа мы можем видеть в том факте, что развивается глобальный язык ( английский ), возникает глобальная коммуникационная система ( Интернет ), формируется глобальная экономическая система (создание Европейского Союза ). и даже глобализированная культура стандартизирует человечество ( средства массовой информации , телевидение , рок-музыка и голливудские фильмы ). [3] Чтобы достичь Типа I, человечество должно иметь возможность общаться с остальным миром и сосредоточиться на нескольких областях: создание инфраструктуры для облегчения общения и сотрудничества, образование , исследования и разработки , инновации , а также построение прочных связей. между диаспорами и странами их происхождения, а также между мигрантами и немигрантами. [34] Если развитие потерпит неудачу, вполне вероятно, что мир не сможет достичь Типа II. Если эти области не будут развиваться, Каку предсказывает, что человечество погрузится в «пропасть»: [34] развитая цивилизация должна расти быстрее, чем частота возникновения космических катастроф уровня вымирания , таких как удары комет или астероидов . Цивилизация типа I также должна быть в состоянии освоить космические путешествия для отражения угрожающих объектов. Чтобы избежать их , необходимо также предвидеть наступление ледниковых периодов и изменить климат задолго до их наступления. [3]
Кроме того, в своих книгах «Гиперпространство и параллельные миры» Мичио Каку обсуждал цивилизацию типа IV, которая могла бы использовать «внегалактические» источники энергии, такие как темная энергия . [35]
В книге «Вход в космос: создание космической цивилизации» Роберт Зубрин предлагает другую форму: его определение цивилизации типа I описывается как цивилизация, достигшая полного овладения ресурсами своей планеты (глобальная), тип II своей солнечной системы (межпланетная ), а Тип III раскрыл бы весь потенциал галактики (звездная цивилизация). Также были предложены другие показатели, помимо чистого потребления энергии. [4]
Он размышляет о возможности цивилизации типа IV, которая будет доминировать во Вселенной, отмечая, что существуют пределы того, как разумы могут соединяться и взаимодействовать на галактической или межгалактической основе. В качестве примера он упоминает, что сообщение от центра нашей галактики до ее края займет около 50 000 лет (поскольку ничто не может двигаться быстрее света , согласно нашему пониманию физики). [36] [4]
Астроном Джон Д. Барроу из Университета Сассекса выдвинул гипотезу, что существуют и другие стадии, выходящие за рамки Типа III. Эти цивилизации типа IV, V или даже VI смогут манипулировать космическими структурами (галактиками, галактическими скоплениями, сверхскоплениями) и даже избежать Большого сжатия через дыры в космосе. [3]
Бэрроу также предлагает «антикардашевскую шкалу»: он отмечает, что люди сочли более экономически эффективным расширять свою способность манипулировать окружающей средой до все более мелких масштабов, а не до все больших и больших. Поэтому он предлагает обратную классификацию: от типа I-минус к типу Омега-минус:
В книге «Невозможность: пределы науки» и «Наука пределов» (1998) Барроу предлагает шкалу от «BI» до «BVI», с конечной стадией, которую он называет «BΩ», первая из которых характеризуется возможностью манипулирования окружающей средой. , в то время как последний позволяет модифицировать пространство-время . [38]
Золтан Галантаи признает важную роль, которую классификация Кардашева сыграла в программе SETI, но считает, что возможен и другой масштаб, без использования энергопотребления, прибегнув к миниатюризации. Гипотеза Дональда Тартера, исследователя SETI, заключается в том, что цивилизация, основанная на нанотехнологиях , не будет нуждаться в постоянно растущем количестве энергии. Цивилизация типа I, овладевшая местными космическими путешествиями, могла бы колонизировать свою планетную систему и даже облако Оорта , не нуждаясь в таком количестве энергии, которое сделало бы ее типом II. [24] Эта шкала теряет свое значение за пределами Типа II, поскольку невозможно предсказать эволюцию цивилизаций на больших расстояниях в процессе галактической колонизации. Наконец, шкала Кардашева — продукт эпохи недостаточного научного знания, которая рассматривала возможность звездного объекта СТА-102 в качестве искусственного источника III типа, тогда как сегодня мы знаем, что это ядро галактики . [24]
В другой статье Золтан Галантаи предлагает рассмотреть другую шкалу, основанную уже не на потреблении энергии, а на способности цивилизации пережить природные и космические катастрофы. Тип I бы описал цивилизацию, способную пережить локальное стихийное бедствие, например Анасази . Цивилизация типа II будет иметь средства, чтобы противостоять региональной или континентальной катастрофе, и, наконец, тип III может столкнуться с глобальной катастрофой, такой как удар астероида , извержение супервулкана или ледниковый период . За первыми тремя типами стоят цивилизации, разбросанные по галактике. Цивилизация типа IV по-прежнему будет уязвима для некоторых космических угроз, тогда как цивилизация типа V будет технически бессмертной, поскольку никакая космическая катастрофа не сможет достичь ее. [39] Шкала Кардашева может быть подходящим инструментом для предотвращения катастроф, будь то человеческих или природных, по мнению Ричарда Уилсона, который связывает эту шкалу с силой разрушения, в TNT . Цивилизация типа I будет использовать 25 мегатонн тротилового эквивалента в секунду, цивилизация типа II — в 4 × 10 9 раз больше (4 миллиарда водородных бомб в секунду), а цивилизация типа III — в 10 11 раз больше. [40]
По мнению Карла Сагана, Тип I должен быть достигнут около 2100 года. [34]
Физик и футурист Мичио Каку предположил, что, если люди будут увеличивать потребление энергии в среднем на 3 процента в год, они смогут достичь статуса типа I через 100–200 лет, статуса типа II через несколько тысяч лет и статуса типа III. через 100 000–миллион лет. [41]
Физик Фримен Дайсон подсчитал, что Тип I должен быть достигнут примерно через 200 лет, [42] в то время как Ричард Кэрриган подсчитал, что Земля находится всего в четырех десятых пути к Типу I по шкале Сагана. Если Тип I будет достигнут в ближайшее время (в 3000 году по Ричарду Уилсону ), [43] это будет сопровождаться глубокими социальными потрясениями, но также и значительным риском самоуничтожения. [43]
По мнению Пера Калиссендорфа, потребление энергии не может быть основным параметром, объясняющим переход от одного типа к другому. Цивилизации должны иметь средства для поддержания темпов своего роста, несмотря на климатические условия и крупные стихийные бедствия, даже в космическом масштабе. Цивилизация, движущаяся к Типу II, должна освоить космические путешествия , межпланетную связь , звездную инженерию и климат . У него также должна была быть развита планетарная система связи, такая как Интернет . [19] По мнению Митио Каку, единственной серьезной угрозой для цивилизации типа II будет взрыв близлежащей сверхновой , в то время как никакая известная космическая катастрофа не сможет уничтожить цивилизацию типа III. [3]
По словам Филипа Т. Мецгера , человечество достигло Типа I, но сталкивается с энергетической проблемой. В своей статье 2011 года «Природный способ сделать смелые космические проекты жизнеспособными» он заявляет, что невозобновляемые источники энергии Земли почти исчерпаны; природный газ будет исчерпан к 2020–2030 гг., уголь – к 2035 г., уран – к 2056 г., а пик добычи нефти пришелся на 2006–2008 гг. [44] Ядерная энергетика не может полностью удовлетворить мировые энергетические потребности (в 2011 году она составляла лишь 6%). Кроме того, возобновляемая энергетика не может удовлетворить растущий спрос на энергию. Большинство полезных ископаемых, используемых человеком, находятся под угрозой истощения; 11 полезных ископаемых уже классифицированы как пройденные пик добычи. Поэтому, по мнению Мецгера, человечество должно осуществить «100-летний проект», направленный на создание космического корабля («100-летний звездолет»), способного получить доступ к огромным энергетическим ресурсам Солнечной системы . [44] По мнению Мецгера, вполне вероятно, что если бы инопланетяне жаждали энергетических ресурсов нашей Солнечной системы, они бы искали их не на Земле, а на различных астероидах и планетоидах . Робототехника — единственный способ получить доступ к такому количеству рассредоточенных ресурсов, и человечеству следует приступить ко второму долгосрочному проекту, который Мецгер называет «робосферой», который начнется с энергетической эксплуатации Луны ( оценивается в 2,3 × 10 13 Дж) . /год). Этот первый шаг позволит достичь типа II через 53 года. Тогда роботосфера ( самовоспроизводящиеся и самообучающиеся автоматические зонды) распространится на остальную часть Солнечной системы. Текущие достижения в области искусственного интеллекта предполагают, что основы роботосферы могут быть достигнуты в начале следующего столетия, начиная с 2100 года. Мецгер видит восемь преимуществ для человечества в создании 100-летнего звездолета, включая нулевые затраты на запуск, поскольку космический корабль будет построен в космосе. роботами, которые могут сделать это с небольшой помощью человека (значительно сокращая производственные затраты), созданием экономики всей Солнечной системы и использованием ресурсов небесных объектов и, возможно, их терраформированием . [44]
Виорел Бадеску и Ричард Б. Кэткарт изучили возможность того, что цивилизация Типа II могла бы использовать устройство длиной 450 миллионов километров для направления солнечной радиации и, таким образом, иметь возможность придавать своей звезде кинетическое движение, которое отклоняет ее от обычной траектории примерно на 35 40 парсеков , [45] что позволяет ему, среди прочего, улавливать свою эксергию и перемещаться по галактике. [46] [45]
По мнению Клода Семея, «цивилизация Типа II может быть обнаружена на больших расстояниях (с помощью так называемой «астротехнической утечки»), [ необходима проверка ] при условии, что она не расположена в области галактики, слишком удаленной от нас. , или что он не занимает места, скрытого от нас облаками газа или пыли». [47]
Цивилизация типа III должна быть обнаружена из-за большого количества радиации, улавливаемой в масштабах всей галактики. Калиссендорф предлагает использовать 75% общего света, излучаемого галактикой, чтобы определить, что цивилизация типа III использует множество сфер Дайсона . Если только три или четыре из этих сфер занимают галактику, это не обязательно означает, что цивилизация достигла Типа III; возможно, он все еще находится в стадии перехода. [19]
Однако такие цивилизации могут оставаться вне досягаемости нашего понимания и инструментов. Саган считает, что ближайшая цивилизация III типа находится от нас на среднем расстоянии в 10 000 световых лет, но классические радиопередачи ее не интересуют, поскольку она находится на другом технологическом уровне. Только маленькие, низкоуровневые цивилизации могли общаться с нами. [48]
Однако «цивилизацию типа III не следует путать с тем, что писатели-фантасты называют « галактической империей », — отмечает Семей, зная, что она может существовать только в том случае, если будут достигнуты межзвездные путешествия . Семай утверждает, что нет никаких доказательств того, что это когда-либо станет возможным. [47] Основываясь на расчетах Дайсона, Семай считает, что такое путешествие займет три столетия, при этом среднее расстояние между звездами составит около 7 световых лет. В целом скорость фронта колонизации, составляющая от 4 × 10 -4 до 5 × 10 -3 световых лет в год, привела бы к распространению человечества по галактике за период от 16 до 200 миллионов лет. [47] «Цивилизация типа III, таким образом «приручившая» свою галактику, построив большое количество сфер Дайсона, будет обнаруживаться на межгалактических расстояниях в несколько миллионов световых лет». [47]
По мнению В.И. Докучаева , цивилизация III типа теоретически могла бы жить внутри сверхмассивной черной дыры , на стабильной периодической орбите, что делало бы ее совершенно необнаружимой. [49]
Золтан Галантаи отмечает, что ни Кардашев, ни Саган не думали расширить шкалу и определить Тип IV (который будет использовать энергию всей Вселенной). Они просто не представляли себе цивилизацию, способную манипулировать окружающей средой в максимально возможных масштабах (около 14 миллиардов парсеков ). [11] Концепция суперцивилизации Типа IV приближается к божественным возможностям, позволяя создавать и путешествовать через альтернативные Вселенные по собственному замыслу такой цивилизации, [11] хотя последняя возможность зарезервирована Кэрриганом для цивилизации Типа V. [50] Доля энергии, захваченная цивилизацией, способной питаться от черной дыры, также может быть использована для классификации цивилизаций. [51]
По мнению Кардашева, наиболее важными параметрами, определяющими существование цивилизации, являются три: наличие очень мощных источников энергии, использование нестандартных технологий и передача значительных объемов информации различного рода через космос. [52]
Классификация Кардашева основана на гипотезе о том, что развитая цивилизация использует значительное количество энергии, а это означает, что ее фактически можно обнаружить на больших расстояниях, как резюмировал Золтан Галантаи. [24] По Кардашеву, предел энергопотребления цивилизации изначально находится в области электромагнитного спектра от 10 6 до 10 8 Гц, что позволяет сделать два наблюдения, связанных с термодинамикой . Во-первых, вся потребляемая энергия неизбежно преобразуется в тепло. Во-вторых, эта энергия может рассеиваться только в виде излучения, рассеянного в пространстве. Эти два открытия являются основой теории Кардашева о том, что космические объекты с сильным излучением могут быть искусственными источниками. [52] Он также рассматривал возможность обнаружения искусственного источника путем выделения спектральной линии водорода при его использовании для ядерного синтеза . [53]
Дутиль и Дюма рассматривают несколько физических ограничений непрерывного производства энергии, таких как фотосинтез (около 10 ТВт ), климат (около 127 ТВт) и солнечный поток (174 000 ТВт). Единственным неисчерпаемым источником энергии, способным поддерживать цивилизацию на протяжении более нескольких миллиардов лет, является дейтерий (используемый в ядерном синтезе ). [54] Поэтому устойчивость цивилизации должна включать «строгий контроль над эксплуатацией имеющихся ресурсов»; Эта трудность с превышением энергетических лимитов может объяснить тот факт, что подавляющее большинство цивилизаций не могут участвовать в проекте колонизации космоса. [54]
Астрофизик Макото Иноуэ и экономист Хиромицу Ёко исследовали возможность того, что цивилизация типа III сможет извлекать энергию из сверхмассивной черной дыры (СМЧД). Захваченная энергия могла бы удовлетворить чрезвычайные потребности цивилизации, для которой требуется около 4 × 10 44 эрг/с. [51] Энергия будет улавливаться в виде излучения, испускаемого веществом, устремляющимся в звезду, с помощью коллекторов, расположенных внутри аккреционного диска . Эти коллекторы похожи на сферы Дайсона. Переполнение, а также отходы цивилизации будут перенаправлены в сторону черной дыры. Часть этой энергии, направленная в виде мощного луча , может быть полезна для космических путешествий. Галактический клуб цивилизаций мог бы передавать энергию через сети внутри галактики. На различных центральных электростанциях, составляющих сеть, передача энергии периодически переключается между передатчиком и приемником в соответствии с галактическим вращением. Чтобы быть эффективной, эта сеть должна быть расположена в центре галактики. [51]
Этот параметр является одним из самых необнаружимых во Вселенной из-за того, что структуры твердого вещества находятся при низких температурах и излучают слабое излучение. Их светимость, которую трудно наблюдать, также делает невозможным наблюдение за ними в телескопы. Точно так же мы не можем обнаружить их по гравитационному воздействию . [52] С другой стороны, их существование можно обнаружить, анализируя длины волн от 8 до 13 микрон, что соответствует температуре поверхности 300 К. Таким образом, гипотетическая сфера Дайсона может быть обнаружена [50] при условии, что наблюдение производится из космоса. . На местном уровне значительное падение светимости, вызванное гигантской сферой Дайсона (или «пузырем Ферми»), позволило бы обнаружить цивилизацию Типа III. [50]
Мегаструктура , подобная сфере Дайсона, может быть результатом технологии, основанной на самовоспроизводящихся зондах , как это представлял себе фон Нейман . Цивилизация типа III действительно будет иметь возможность рассеять значительное количество этих сфер по всей галактике, что приведет к ослаблению света, излучаемого галактикой. [19] Каку также считает это наиболее эффективным методом колонизации космоса. Например, галактика диаметром 100 000 световых лет будет исследована за полмиллиона лет. [3] Пол Дэвис предположил, что цивилизация могла бы колонизировать галактику, разбрасывая миниатюрные зонды размером не больше ладони, используя нанотехнологии . Этот тезис реалистичен, объясняет он, поскольку очевидно, что технология становится все более миниатюрной и пропорционально менее дорогой. [3]
Мегаструктуры типа II будет легче обнаружить. Это касается сферы Дайсона , используемой в качестве « звездного двигателя » [55] , а также вклада тяжелых элементов. [50] Точно так же наблюдаемыми объектами могут быть «двигатели Шкадова», которые будут создавать боковую тягу в 4,4 парсека на свою звезду за счет отражения солнечного излучения через структуру из зеркал. Это устройство нарушит симметрию солнечного излучения и противодействует гравитационным силам , позволяя цивилизации типа II перемещать свою родную солнечную систему в космосе. [56] [55] Дрейк и Шкловский также рассматривали возможность «засева» звезды (звездного засаливания) путем искусственного добавления чрезвычайно редких элементов, таких как технеций или прометий . Такое вмешательство в состав звезды можно было бы обнаружить. [50]
Все еще возможно, что человечество сможет обнаружить следы утраченных цивилизаций типа I, II или III. Поиск материальных следов таких цивилизаций (например, сфер Дайсона или звездных двигателей), «интересная альтернатива» традиционной программе SETI, закладывает основу для « космической археологии », по мнению Ричарда А. Кэрригана. Усилия по обнаружению маркеров интеллекта в атмосферах экзопланет (таких как фреон , кислород или даже озон , остатки биотической активности согласно исследованиям Джеймса Лавлока ) [50] являются одним из наиболее многообещающих направлений. Цивилизация, наблюдающая за смертью своей звезды ( например, красного гиганта ), могла бы попытаться продлить свое существование с помощью мегаструктур, которые должны быть обнаружены. [50] Возможными следами могут быть остатки ядер, которые следует искать в спектральных классах от A5 до F2 согласно Уитмайру и Райту. [57] Это также может быть изменение изотопного соотношения из-за звездного двигателя или необычная спектральная модуляция в составе звезды. [50]
.png/1280px-SETI@home_(version_8.19).png)
По мнению Кардашева, передачи внеземной цивилизации (то, что ищет СЕРЕНДИП ) можно разделить на два типа. С одной стороны, может происходить обмен информацией между высокоразвитыми цивилизациями или цивилизациями, находящимися на схожих стадиях эволюции. С другой стороны, передача информации может быть направлена на повышение уровня других, менее развитых цивилизаций. Если сверхцивилизации действительно существуют, то передачи первого типа должны оставаться недоступными для нашего наблюдения, поскольку они должны быть однонаправленными и не быть направленными в сторону Солнечной системы . Напротив, сигналы второго типа должны легко обнаруживаться нашими подслушивающими устройствами. [52] Сигнал искусственного происхождения должен содержать более 10 и менее 100 бит . Последние могут быть двух типов: временные и стабильные. Несколько критериев позволяют отличить сигнал искусственного происхождения от других. Во-первых, оптимальной областью спектра для приема искусственных сигналов является та, где температура космического микроволнового фона самая низкая. [52] Во-вторых, искусственные источники должны иметь минимальный угловой размер. Наконец, наличие подозрительных данных в других областях спектра (таких как круговая поляризация , радио- и оптические частоты [58] или рентгеновское излучение ) может подтвердить, что это интеллектуальная передача. Два источника среди изученных имеют параметры, близкие к ожидаемым: 1934-63 и 3C 273B . [52]
По мнению Л.М. Гиндилиса, существует два критерия, по которым сигнал можно назвать искусственным: один связан с искусственной природой источника, а другой связан с конкретным излучением, намеренно созданным для обеспечения связи и облегчения обнаружения. [59] Только цивилизации типа II или III могут общаться, используя изотропные передачи, которые обеспечивают всенаправленный прием. В диапазоне 1 МГц (для которого требуется около 10 24 Вт) обнаружение сигналов цивилизации Типа II возможно на расстоянии до 1000 световых лет , тогда как сигналы цивилизации Типа III обнаруживаются практически по всей обозримой Вселенной . [59] Однако создание всенаправленного передатчика, достаточно мощного для передачи на расстоянии 1000 световых лет, займет несколько миллионов лет. По мнению В.С. Троицкого, необходимая энергия и ограничения в ее производстве будут двумя препятствиями для завершения этого проекта в разумные сроки. [60]
По мнению Золтана Галантаи, мы не смогли бы отличить разумный внеземной сигнал от сигнала естественного происхождения. Поэтому он не верит, что можно обнаружить цивилизации типа II, III или даже IV. Даже если человечество достигнет IV типа, оно не сможет обнаружить другую сверхцивилизацию аналогичного уровня, и мы будем считать их изменения во Вселенной следствием естественных причин. Таким образом, во Вселенной может существовать множество цивилизаций IV типа, но ни одна из них не сможет обнаружить другие. Более того, размеры Вселенной делают эти сверхцивилизации похожими на острова, далекие от других, которые Дайсон определяет как « Вселенную Кэрролла ». [11]
По мнению Александра Зайцева, радиопередача межзвездных сообщений (ИРМ) является наиболее вероятным методом, используемым цивилизациями. Планетарные радиотелескопы и радиотелескопы, установленные на астероидах , позволят прослушивать множество сообщений, которые могут быть отправлены нам. [61] В 2007 году программа SETI проанализировала единственные телевизионные частоты, посланные цивилизацией Типа 0, отмечает Мичио Каку . Следовательно, в нашей галактике могут быть сообщения от цивилизаций Типа II и III, но наши подслушивающие устройства могут обнаруживать только сообщения Типа 0. [3]
С 1962 года Кардашев был членом исследовательской группы SETI в Астрономическом институте Штернберга в Москве. В 1964 году он организовал первую советскую конференцию о возможности внеземных цивилизаций, которая прошла в Бюраканской астрофизической обсерватории в Армении . [1] Эта национальная конференция была проведена в ответ на американский семинар, известный как конференция Зеленого банка 1961 года, который проводился в обсерватории Грин-Бэнк в Соединенных Штатах. [62] Оно объединило радиоастрономов с целью «найти рациональные технические и лингвистические решения проблемы связи с внеземной цивилизацией, более развитой, чем земная цивилизация». Кардашев представил свою классификацию, а Троицкий заявил, что можно обнаружить сигналы от других галактик. [63]
По мнению Кардашева, «в ближайшие 5–10 лет все источники излучения с наибольшим наблюдаемым потоком во всех областях электромагнитного спектра будут обнаружены и изучены», а чувствительность подслушивающих устройств действительно достигла своего предела. технические ограничения. По его словам, будет известен весь электромагнитный спектр и, следовательно, список объектов, которые могут быть искусственными источниками, может быть расширен. Тогда поиск искусственных сигналов придется сконцентрировать на объектах максимальной светимости или излучения, принадлежащих к определенной области спектра, а также на объектах значительной массы и на тех, которые представляют собой суть материи во Вселенной. Еще в 1971 году Кардашев считал, что это наблюдение требует подготовки плана прослушивания и анализа, который позволит добиться успеха в поисках внеземных цивилизаций. Тогда человечество сможет решить « главную дилемму », как выразился Энрико Ферми . [52] Эта дилемма, по мнению советского астронома, безусловно, связана с недостатком нашей информации и знаний. [52] [64]
Кардашев считает, что такой исследовательский проект, как «Озма», не способен обнаружить цивилизацию типа I (идея, также выдвинутая Капланом в 1971 году) [65] и что SETI вместо этого должен сосредоточиться на поиске интенсивных радиосигналов, которые могут исходить от активных типов II или III цивилизации. [24] Чтобы доказать эффективность этого подхода, Кардашев обратил свое внимание на два радиоисточника, обнаруженные Калифорнийским технологическим институтом , получившие названия CTA-21 и CTA-102 . Впоследствии Геннадий Борисович Шоломицкий использовал российскую астрономическую исследовательскую станцию для изучения данных СТА-102. [62] Он обнаружил, что этот радиоисточник характеризуется своей переменностью. Кардашев тогда посчитал, что это может быть признаком искусственного источника выбросов, хотя и с довольно коротким сроком службы. [1]
Знания об этих гипотетических сверхцивилизациях должны укладываться в широкий спектр физических законов , содержащих всю совокупность наших сегодняшних знаний, поскольку технические и научные разработки человечества можно рассматривать как неизбежный и необходимый этап в процессе эволюции цивилизации . . На основе этого принципа Кардашев предлагает определить несколько понятий, применимых к внеземным цивилизациям. [52] Физические законы, являющиеся универсальными, могут быть использованы в качестве общей основы для понимания других цивилизаций и, в частности, позволяют нам разработать объективную исследовательскую программу. [52] Митио Каку также считает, что эволюция цивилизаций подчиняется «железным законам физики», в частности законам термодинамики , законам стабильной материи ( барионной материи ) и законам планетарной эволюции (вероятность возникновения природных или космических катастроф). ). [3] Энтропийный принцип также позволяет прогнозировать социологические характеристики, лежащие в основе любой цивилизации. [66]
Однако эти универсальные законы — не единственные параметры, которые следует учитывать. Золтан Галантаи объясняет, что «невозможно рассчитать будущее Вселенной на длительные периоды времени, не учитывая влияние жизни и разума», и эта позиция близка к позиции Фримена Дайсона . [20] Принятие во внимание этих двух феноменов, универсальных физических законов и разума , возникающего в результате жизни, определяет «физическую эсхатологию », как выразился Галантаи. Этот подход начался в 1970-х годах с работ Кардашева, а затем физическая эсхатология постепенно заинтересовала ряд ученых и мыслителей, отмечает Дайсон. [20]
Наблюдение за развитием живых организмов показывает, что для них характерна склонность хранить максимальное количество информации как об окружающей среде, так и о себе. Эта информация затем приводит к абстрактному анализу, который играет важную роль в развитии форм жизни. Таким образом, Кардашев определяет цивилизацию с функциональной точки зрения как «состояние очень стабильной материи, способной приобретать, абстрактно анализировать и применять информацию с целью извлечения данных об окружающей среде и самой себе, с целью выработки реакций выживания». [52] Однако это функциональное определение цивилизации подразумевает, что она не может иметь конца , поскольку в ее основе лежит принцип накопления все большего и большего количества информации. Взяв за основу категории фон Хернера, Кардашев видит четыре возможных сценария развития цивилизаций:
Однако он отказывается рассматривать это как неизбежный результат. Но предположение о том, что единственным ограничением развития цивилизации может быть существование конечного количества информации во всех областях, также является ложным, поскольку крайне маловероятно, что информация во Вселенной бесконечна. [52] Учитывая эти две гипотезы , Кардашев утверждает, что универсальной цивилизации (сверхцивилизации) не существует, поскольку высокоразвитые цивилизации теряют интерес к освоению космоса. В любом случае, несмотря на проблему конца цивилизаций, он заключает, в свете своего функционального определения развитой цивилизации, что последняя должна использовать массу и энергию в фантастических масштабах. По его мнению, нет оснований осуждать гипотезу о том, что расширение Вселенной не было бы следствием разумной деятельности сверхцивилизации. [52]
Кардашев ставит следующий вопрос: «Можно ли в общих чертах описать развитие цивилизации на протяжении больших космологических периодов?» Сейчас многие фундаментальные параметры, характеризующие развитие цивилизации на Земле, растут в геометрической прогрессии . В области энергетики астроном Дон Голдсмит подсчитал, что Земля получает около одной миллиардной части солнечной энергии, а люди используют около одной миллионной ее. [3] Таким образом, мы потребляем около одной миллионной миллиардной общей энергии Солнца. Поскольку человеческая экспансия является экспоненциальной, мы можем определить, сколько времени понадобится человечеству, чтобы перейти от типа II к типу III, согласно Мичио Каку . [3] Таким образом, темпы развития нашего собственного мира остаются единственным критерием экстраполяции состояния цивилизаций, старше человечества. [52] То же самое верно и для социальных ценностей и основных потребностей, по мнению Ашкенази. [67] Таким образом, время для удвоения технических знаний составляет около десяти лет, а для удвоения производства энергии, имеющихся запасов и численности населения — около 25 лет. Тогда возможны два сценария: пространственная экспансия или энергетическая стагнация, причем последний возможен только в течение 125 лет, согласно Кардашеву, используя следующую зависимость :
где – количество лет, – параметр, который ежегодно увеличивается в зависимости от и от и – темп роста.
Если , то потребление энергии человечеством превысит падающую солнечную мощность (1742 × 10 17 Вт ) через 240 лет, полную мощность Солнца ( 3826 × 10 26 Вт ) через 800 лет и мощность Галактики (7,29 × 10 36 Вт ) через 1500 лет. [примечание 1] [52] Основываясь на этом расчете, Цукерман оценивает количество цивилизаций, которые могут существовать в нашей галактике , в 10 000. [68] Кардашев приходит к выводу, что нынешний экспоненциальный рост является переходным этапом в развитии цивилизации и что он неизбежно ограничивается природными факторами. Фактически, он считает, что требуемая масса и энергия будут продолжать расти в геометрической прогрессии еще 1000 лет. [52] Таким образом, цивилизация определяется экспоненциальной скоростью роста. Человечество как модель мышления о развитии внеземных цивилизаций имеет свои ограничения, которые, по мнению Кэтрин Деннинг, действительно можно преодолеть с помощью мультидисциплинарного подхода . [69]
В 1963 году Николай Кардашев и Геннадий Борисович Шоломицкий изучали радиоисточник СТА 102 в диапазоне 920 МГц с Крымской станции дальнего космоса в поисках признаков цивилизации III типа. [70] СТА 102 был открыт Шоломицким годом ранее, и Кардашев быстро увидел в нем возможный искусственный источник для изучения с целью подтверждения своей классификации. Наблюдение продолжалось до февраля 1965 года, а 12 апреля Шоломицкий объявил прессе (через российское ИТАР-ТАСС ), что советские астрономы обнаружили сигнал, который мог иметь внеземное происхождение. 14 апреля он дал конференцию в Москве, где повторил свое заявление; но к ноябрю 1964 года два американских астронома идентифицировали СТА 102 как квазар , и их публикация окончательно закрыла «случай СТА 102». [71] Именно изучение этого источника привело к Бюраканской конференции в 1964 году. [72]
В 1975 и 1976 годах американские астрономы Фрэнк Дрейк и Карл Саган искали в Аресибо признаки цивилизаций Типа II в четырёх галактиках Местной группы : M33 , M49 , Leo I и Leo II . [73] [74] Годом ранее эти двое мужчин отправили первое сообщение человечества на М13 . [75] Результаты были опубликованы под названием «Поиски внеземного разума» в журнале Scientific American в мае 1975 года. [76]
В 1976 году Кардашев, Троицкий и Гиндилис использовали радиотелескоп РАТАН-600 на Северном Кавказе для поиска сигналов от цивилизаций типа II или III в Млечном Пути и других близлежащих галактиках. [74] Радиотелескоп был построен в 1966 году под руководством Гиндилиса для прослушивания на сантиметровых волнах. [72]
В 1987 году Тартер , Кардашев и Слыш использовали VLA для обнаружения возможных инфракрасных источников вблизи галактического центра из каталога телескопа IRAS . Все трое искали доказательства существования гипотетических сфер Дайсона . Объекты оказались звездами типа OH / IR . [74] [77]
Небольшой поиск возможных источников типа III был проведен Джеймсом Аннисом в 1999 году и опубликован в Журнале Британского межпланетного общества под заголовком «Ограничение звездного питания кардашевских цивилизаций типа III». [78] Астрофизик из Фермилаборатории (США) Аннис изучила выборку из 31 галактики, как спиральной , так и эллиптической , используя диаграмму Талли-Фишера , в которой абсолютная величина является функцией скорости вращения галактик. Аннис предположила, что в качестве возможных кандидатов можно рассматривать 75% наименее светящихся объектов (т.е. тех, у которых абсолютная величина уменьшается на 1,5 по сравнению с диаграммой). Однако ни одного объекта с такой характеристикой в его обзоре не наблюдается. [19] [47] С другой стороны, Аннис использует доступные астрономические данные для оценки вероятности существования цивилизации типа III. Он показывает, что среднее время, которое могло бы позволить возникновение такой цивилизации, составляет 300 миллиардов лет, поэтому ни одна из них не может существовать в нашей нынешней Вселенной. [79]
Пер Калиссендорф провел исследование выборки спиральных галактик из двух баз данных: 4861 из спирального поля I-диапазона (каталог SFI++, составленный Спрингобом и др. в 2005 г.) и 95 из базы данных Рейеса и др. в 2011 году. [19] Была использована та же процедура, что и в Аннисе, но использованная выборка галактик в 80 раз больше, чем использованная в исследовании Аннис. [19] Некоторые источники были классифицированы как «однобокие»: они кажутся асимметричными по форме, а это означает, что одна сторона галактического диска более массивна и менее ярка, чем другая. Эта характеристика, по мнению Калиссендорфа, может быть признаком того, что галактика является домом для цивилизации, разместившей сферы Дайсона в ее основной части. Это можно объяснить тем, что колонизация начинается с одной стороны галактического диска, из-за чего он кажется темнее и заставляет удаленного наблюдателя поверить в то, что ядро переместилось на ту же сторону. [19] С другой стороны, галактика, содержащая сферы Дайсона, должна характеризоваться значительным источником дальнего инфракрасного излучения. [19] Факт остается фактом: цивилизация типа III может потреблять энергию через сферу Дайсона, не окружая звезду. Действительно, согласно исследованию Иноуэ и Йоку (2011), такие мегаструктуры также могут извлекать энергию из черной дыры . Однако такая структура не уменьшит светимость наблюдаемой галактики. [19] Исследование Калиссендорфа приходит к выводу, что 11 из проанализированных источников (из каталога 2411 галактик, или 0,46%) демонстрируют возможные доказательства существования цивилизации Типа III. Поиск объектов, закрывающих 90% света, оставляет только один источник, соответствующий критериям. [19] Эти положительные источники показывают низкое красное смещение (поэтому они старые, около 100 миллионов лет), что согласуется с возможными цивилизациями типа III, которые могли процветать только в раннем прошлом. [19] Чтобы иметь больше шансов обнаружить искусственные источники типа III, Калиссендорф предлагает сделать несколько фотографий подряд, достаточно быстро, чтобы зафиксировать движение турбулентности в атмосфере, применять различные фотометрические фильтры и искать темные области (случай Сфера Дайсона собирается цивилизацией Типа II) или анализирует инфракрасный спектр галактик. Необходимо изучить гораздо большую выборку объектов. [19]
В 2015 году исследование галактического среднего инфракрасного излучения пришло к выводу, что «цивилизации Кардашевского типа III либо очень редки, либо вообще не существуют в локальной Вселенной ». [80]
В 2016 году Пол Гилстер, автор веб-сайта Centauri Dreams, описал сигнал, по-видимому, исходящий от звезды HD 164595, как требующий силы цивилизации типа I или типа II, если он создан внеземными формами жизни. [81] Однако в августе 2016 года было обнаружено, что источником сигнала, скорее всего, был военный спутник, вращающийся вокруг Земли. [82]
По мнению Кардашева, велико наше незнание физических возможностей связи через космос. [52] Нам известна лишь незначительная часть электромагнитного спектра и, следовательно, существующих источников информации во Вселенной. [52] Таким образом, из 89% информации, которой нам не хватает, 42% касается диапазона от 10 9 до 10 14 Гц (сантиметровые, миллиметровые, субмиллиметровые и инфракрасные волны) и 25% - диапазона от 10 15 до 10 18 Гц. (ультрафиолетовое излучение и рентгеновские лучи). [52] Кардашев выделяет две категории зон прослушивания: объекты, излучающие в широком частотном спектре, и объекты, излучающие, наоборот, в узкой спектральной линии , причем вторая категория ставит гораздо больше теоретических проблем, чем первая, будучи при этом центральной, как для астрофизики , так и для для поиска внеземных цивилизаций. [52] Несмотря на достижения астрофизики, доступной информации все еще недостаточно, чтобы доказать отсутствие сверхцивилизаций, что основано на невозможности наблюдать признаки активности. Однако из-за возможности того, что планетные системы намного старше нашей, а также учитывая, что космические объекты, такие как квазары, могут быть продуктами деятельности сверхцивилизаций, подробная программа прослушивания и поиска разумных знаков остается актуальной. В эту программу входит: [52]
По мнению Кардашева, только радиоинтерферометр с базой диаметром порядка или большей Земли , размещенный в орбитальном пространстве, позволит прослушивать сантиметровые и дециметровые частоты. [52] После того, как набор необычных источников выбран, следующим шагом будет поиск значимого содержания в излучении этих объектов. [52] В 1998 году Николай Кардашев, С.Ф. Лихачев и В.И. Журавлев предложили два космических проекта SETI для обнаружения искусственных источников: проект «Миллиметрон» (орбитальная обсерватория с зеркалом диаметром 10 метров) и оптический телескоп РСДБ (для интерферометрического синтеза ультрафиолетовые, оптические и инфракрасные изображения). [83]
Для Самуила Ароновича Каплана «самым надежным критерием» остается малый угловой диаметр радиоисточника. Длина волны 21 см, привилегированная с 1959 года, согласно исследованию Коккони и Моррисона, не является единственной областью прослушивания. Каплан в 1971 году также упомянул радиообласть спектра, характеризующуюся гидроксильным радикалом (ОН). По мнению Ливио, средства обнаружения должны быть сосредоточены на шаровых скоплениях — регионах, которые, скорее всего, содержат планеты, похожие на Землю. [50]
По мнению Гильермо А. Лемаршана, внеземные цивилизации не должны использовать всенаправленный передатчик. Вместо этого им следует искать сигналы слабой информации, прерывистые и однонаправленные. Им наверняка понадобится использовать интерферометрию для изучения солнечных систем, где может появиться жизнь. С Земли такие сигналы можно было бы улавливать на расстояниях до 35 + (t_f - 2000)/2 , где t_f — дата наблюдения в годах, зная, что t_f ≥ 2000 . [21] Однако существует множество методов передачи межзвездного сообщения, от бозонов до частиц и даже античастиц . [23]
Искусственный источник, расположенный в аккреционном диске сверхмассивной черной дыры, будет необнаружим для лучей, используемых для передачи собранной энергии. Фактически вероятность обнаружения луча размером в один микрон угловой секунды составляет менее 10 -23 . Более того, энергия, излучаемая черной дырой, не позволила бы обнаружить энергию, используемую цивилизацией III типа. С другой стороны, систему зеркального отражения излучения можно было обнаружить по тени, которую оно отбрасывает на аккреционный диск. [51]
Цивилизацию типа III, использующую « пузырь Ферми », можно было бы обнаружить по тому факту, что она уменьшает светимость определенной области галактики. Инфракрасное наблюдение позволило бы выделить его, особенно в эллиптических галактиках , предполагает Аннис. [50]
Квазар 3С 9 упоминается Кардашевым еще в 1971 г. [52] Исследование квазара 3С 273 показывает, что он имеет твердую структуру. Другие квазары ( 3C 279 , 3C 345 , 3C 84) обладают свойствами, близкими к ожидаемым от искусственного источника, тем более, что излучения мощны в промежуточной области спектра (между радио- и оптическими частотами). [52] Квазары являются потенциальными искусственными источниками, тем более что их возраст соответствует техническим возможностям сверхцивилизаций. По мнению Кардачева, радиоисточники в центрах галактик также могут быть искусственными источниками, даже если в 2013 году было доказано, что они являются сверхмассивными черными дырами. В 1971 году Кардашев полагал, что объекты, которые, скорее всего, являются искусственными источниками, могут быть открыты в ближайшие несколько лет. [52]
Необычайную периодичность излучений пульсаров уже в 1968 году считал искусственным источником Энтони Хьюиш , первооткрыватель первого пульсара ( CP 19019 ). Пресса того времени прозвала этот объект «ЛГМ-1» (от «зеленых человечков»), учитывая неуклюжесть Хьюиша, не дождавшегося необходимых проверок. Каплан в 1971 году исключил пульсар из списка объектов, которые могли быть источником искусственного происхождения. [65]
В 2011 году Джеймс и Доминик Бенфорд изучили существующие возможности отличить пульсары от возможных искусственных источников, излучающих интеллектуальные сигналы, такие как: полоса пропускания (сигналы около 100 МГц могут быть искусственными), длина импульса (для снижения затрат импульс должен быть коротким). ) и частота (около 10 ГГц, тоже из экономических соображений). Радиоисточник PSR J1928+15 (наблюдавшийся в 2005 году вблизи галактического диска, на частоте 1,44 ГГц, в Аресибо ) мог иметь внеземное происхождение. Джеймс и Доминик Бенфорд рассматривают три сценария, в которых учитывается фактор стоимости. Если источник оптимизирован по стоимости, он принадлежит цивилизации типа 0,35 (Земля относится к типу 0,73). [примечание 2] Если он не оптимизирован по стоимости и работает с небольшой антенной, тип равен 0,86. С большой антенной это будет Тип 0,66. Используя этот метод соотношения затрат и эффективности, можно подсчитать, что источники низкой интенсивности могут быть наиболее распространенными, но и наиболее трудными для наблюдения. [84]
Уильям И. Ньюман и Карл Саган считают, что рост потребления энергии сам по себе не может описать эволюцию цивилизаций; необходимо также учитывать рост населения , и в частности тот факт, что он может быть ограничен транспортными возможностями межпланетных средств передвижения. Они приходят к выводу, что не может быть ни древних цивилизаций галактических размеров, ни галактических империй, хотя вероятность существования сетей колонизированных миров (примерно от 5 до 10 планет) велика. [85]
Масштаб, предложенный Кардашевым, родился в геополитическом контексте Холодной войны , в которой энергия имела высшую ценность. [40] По мнению Гильермо А. Лемаршана, физика из Университета Буэнос-Айреса, против классификации Кардашева есть четыре аргумента: [21]
По мнению британского метеоролога Льюиса Фрая Ричардсона , автора статистического исследования смертности (опубликованного в «Статистике смертельных ссор» , 1960), агрессивность человека не позволяет нам предсказать продолжительность жизни , которая позволит человечеству достичь более развитых стадий. По его оценкам, насильственные импульсы человека разрушат социальный порядок в течение 1000 лет. Более того, человечество, вероятно, будет уничтожено с помощью оружия массового поражения максимум через несколько столетий. [21]
Трансгуманисты Пол Хьюз и Джон Смарт объясняют отсутствие сигналов от цивилизации III типа двумя гипотезами: либо она самоуничтожилась, либо не пошла по траектории, описанной Кардачевым. [24] Рост энергопотребления должен привести к климатическому кризису, который Иван Дютиль и Стефан Дюма установили на уровне 1 Вт/м 2 Земли или 127 ТВт для всей планеты . При темпах роста 2% в год индустриальная цивилизация должна прекратить рост довольно рано в своей истории (через несколько столетий). [54] Таким образом, невозможность устойчивой защиты энергетических ресурсов может объяснить отсутствие цивилизаций типа II и III. [54]
По мнению Золтана Галантаи, невозможно представить цивилизационный проект, охватывающий столетия (как сфера Дайсона ) или даже миллионы лет, если только не представить мысль и этику , отличные от наших, в пределах досягаемости древней цивилизации. Поэтому он предлагает классифицировать цивилизации по их способности осуществлять крупномасштабные цивилизационные проекты в долгосрочной перспективе. [24]
Наконец, для Фримена Дайсона общение и жизнь могут продолжаться вечно в открытой Вселенной с конечным количеством энергии; Таким образом, интеллект является единственным фундаментальным параметром, позволяющим цивилизации выжить в очень долгосрочной перспективе, и тогда энергия больше не является тем, что ее определяет, - тезис, который он развивает в своей статье «Время без конца: физика и биология в открытой Вселенной». [87]
Существует множество исторических примеров того, как человеческая цивилизация переживает крупномасштабные преобразования, такие как промышленная революция . Переходы между уровнями шкалы Кардашева потенциально могут представлять собой столь же драматические периоды социальных потрясений, поскольку они предполагают превышение жестких ограничений ресурсов, доступных на существующей территории цивилизации. Распространенным предположением [99] является то, что переход от Типа 0 к Типу I может нести в себе сильный риск самоуничтожения, поскольку в некоторых сценариях не будет места для дальнейшей экспансии на родной планете цивилизации, как в случае мальтузианской катастрофы .
Например, чрезмерное потребление энергии без адекватного отвода тепла может сделать планету приближающейся цивилизации Типа I непригодной для биологии доминирующих форм жизни и их источников пищи. Если взять в качестве примера Землю, то температура океана выше 95°F (35°C) поставит под угрозу морскую жизнь и затруднит, если не сделает невозможным, охлаждение млекопитающих до температур, подходящих для их метаболизма . Конечно, эти теоретические рассуждения могут и не стать проблемами, возможно, благодаря применению будущих инженерных разработок и технологий . Кроме того, к тому времени, когда цивилизация достигнет Типа I, она, возможно, колонизирует другие планеты или создаст колонии типа О'Нила , так что отходящее тепло может быть распределено по всей звездной системе.
Ограничения биологических форм жизни и эволюция компьютерных технологий могут привести к трансформации цивилизации посредством загрузки разума и общего искусственного интеллекта в целом во время перехода от типа I к типу II, что приведет к цифровой цивилизации .
Технологический портал
Энергетический портал
Инженерный портал
Астрономический портал
Портал научной фантастики
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )Я бы предложил Тип 1.0 как цивилизацию, использующую мощность 10–16 Вт для межзвездной связи; Тип 1.1, 10 17 Вт; Типа 1,2, 10 18 Вт и так далее. Нашу нынешнюю цивилизацию можно было бы отнести к типу 0,7.