​卡尔达舍夫等级：宇宙文明的等级划分

卡尔达舍夫等级：宇宙文明的等级划分

《超空间》读后

无论是地球上的文明还是在外层空间的文明，能否达到掌握超空间的技术发展阶段部分取决于是否能跨过零型文明的一系列灾难（正如我们已经看到的）。危险期是核时代出现后的几百年，当文明的科技发展远远超过了它的社会和政治上处理地区冲突的能力。

——《超空间》

无数文学影视作品为我们描绘过未来世界，也模拟过许多远高于当今人类的宇宙文明。它们多多少少都建立在某些科学理论上，而关于宇宙文明的型态，卡尔达舍夫等级（Kardashev scale）是其中最著名的一个。

卡尔达舍夫是苏联天体物理学家、物理和数学博士。他1932年4月25日出生于莫斯科一个布尔什维克家庭，后来父母在大清洗中被苏联政府逮捕，他成了孤儿。但困难并没有阻止他走上科学的道路，他被莫斯科国立大学数学和物理系录取。1955年毕业后前往莫斯科斯腾伯格天文研究所，1962年在那里获得博士学位。

尼古拉·塞梅诺维奇·卡尔达舍夫

Никола́й Семёнович Кардашёв

Nikolai Semenovich Kardashev

（图源：zeldadungeon.net）

1967年卡尔达舍夫进入苏联科学院空间研究所工作，他从1990年起担任列别捷夫物理研究所天文中心主任，直到2019年8月3日去世为止。

卡尔达舍夫最为人熟知的成就，是他于1964年提出的“卡尔达舍夫等级”，这是对地外文明和人类将来文明发展所做的等级划分。它将宇宙文明从低到高分为I型、II型和III型，依据是其所能使用的能量多少。以人类为典型简单介绍一下：

I型

行星文明（planetary civilization）：能够控制整个行星的能量，比如操控天气、防止地震、进入地壳深处、获取海洋资源等等，活动范围可以到达临近星球，完成对太阳系的探险。该文明活动的能量数量级大约在1016瓦~1017瓦（最初定义为4×1012瓦）。

II型

恒星文明（stellar civilization）：能够充分利用恒星能量并对其实现完全控制。它并不仅仅像当前地球人一样被动地获取太阳能，而是能够直接利用恒星的能量驱动任何机器。活动范围可以到达临近恒星系，并开始对它们进行局部殖民。该文明活动的能量数量级大约在1026瓦左右（最初定义为4×1026瓦）。

III型

星系文明（galactic civilization）：能够控制整个星系的能量，可以将几十亿个恒星系的能量作为自己可利用的能源。它也许已全面掌握了爱因斯坦方程，能够随意管理时空。活动范围为星系团，卡尔达舍夫最初给它定义的能量为4×1037瓦。

（图源：en.wikipedia.org）

卡尔达舍夫认为不可能有比III型更高级的文明。他的这个一家之言立足于能量这一物理因子而在科学界获得了一定认可，但仅仅以能量为标准缺乏对文明其他特征的考量，因此又容易被人指摘。

同样对地外文明充满兴趣的美国人卡尔·萨根，觉得可以对卡尔达舍夫等级进行精确量化评级。他给出了计算公式：

K-卡尔达舍夫等级值

P-文明能量应用（瓦）

人类当今刚刚开始进行行星能量开发，故仍属于0型文明。1973年，卡尔·萨根用这个公式计算出人类文明的卡尔达舍夫等级值大约为0.7。现在我们在https://kardashevscale.com随时可以查看当前的文明等级值，比如目前显示为0.7264817823009537。

卡尔·萨根

Carl Sagan

（图源：en.wikipedia.org）

1934.12.9~1996.12.20

美国天文学家、行星科学家、宇宙学家、天体物理学家、天体生物学家，也是一位科普作家，写过一部科幻小说《接触》，1997年还被翻拍成电影。他还主持拍摄了介绍宇宙知识的电视系列片。鉴于他的贡献，第2709号小行星以其姓氏命名。

年份

能源产量

卡尔达舍夫等级值

次方焦耳/年

万亿瓦

夸德/年

百万吨石油当量/年

1900

21

0.67

20

500

0.58

1970

190

6.0

180

4,500

0.67

1973

260

8.2

240

6,200

0.69

1985

290

9.2

270

6,900

0.69

1989

320

10

300

7,600

0.70

1993

340

11

320

8,100

0.70

1995

360

12

340

8,700

0.70

2000

420

13

400

10,000

0.71

2001

420

13

400

10,000

0.71

2002

430

14

410

10,400

0.71

2004

440

14

420

10,600

0.71

2010

510

16

480

12,100

0.72

2030

680

22

650

16,300

0.73

（数据来源：International Energy Agency）

按照美国理论物理学家、未来学家加来道雄（Michio Kaku）的说法，III型文明社会结构已经先进到足以避免自我毁灭，但在此之前保持文明一直生存并不是一件轻而易举的事。他提到的几大挑战包括铀的屏障、生态崩溃、新冰川期、天体碰撞、复仇和灭绝、太阳和银河系之死。其中近在眼前的就是铀，它的使用已经让人类掌握了自我毁灭的力量，甚至有科学家认为，宇宙中早于人类的高级文明都因将铀用于冲突而导致自身消失。

加来道雄估计最快人类再过100年将达到I型文明，可能再过1000年将达到II型文明。也就是说，在未来1000年内，文明对能量的需求与今天比将大到不可同日而语，必须全面开采太阳的能量才能维持存在——今天太阳系各行星只吸收了太阳能量的 1/109。

不过也无需过度担心，早有科学家提前1000年在想办法了。1960年美国人弗里曼·戴森在《科学》（Science）杂志上发表了一篇《寻找人工恒星红外辐射源》（Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation），推测一个技术先进的外星文明可能会自行建造包围他们恒星的结构，以最大限度地捕获恒星的能量。他的想法其实来自1937年奥拉夫·斯特普尔顿（Olaf Stapledon）的科幻小说《造星者》（Star Maker）。

弗里曼·戴森

Freeman Dyson

（图源：en.wikipedia.org）

1923.12.15~2020.2.28

美籍英裔理论物理学家、数学家、统计学家。他早年在剑桥大学跟随著名数学家哈代学习数学，二战后前往美国康奈尔大学。他在量子场论、天体物理学、凝聚态物理、核物理和工程等多个领域取得了为人认可的成果。

（图源：en.wikipedia.org）

戴森环、戴森泡、戴森球

这种巨型结构尺度大约为2亿公里，被称为戴森球（Dyson sphere）。

概率法则支持银河系存在其他智能生命的说法。事实上，我们的银河系已有100亿岁了，这意味着它有充足的时间让众多的智慧生命形式在其中孕育发展。Ⅱ型和Ⅲ型文明已经掌握了无线电技术数百年甚至数千年，它们应当发射出很容易被探测到的电磁辐射球面波。这些球面波的直径在数百光年到数千光年。然而，到目前为止，我们并未看到太空中的智慧生命形式的任何迹象。

——《超空间》

卡尔达舍夫等级不单是为人类定制的，它面向全宇宙并且基于对地外文明的推测。众所周知，不仅卡尔达舍夫，还有大量科学家和非科学家认为外星智慧存在，而且文明程度很可能远高于人类。

之所以我们至今尚未跟外星文明联系上，有人解释说，可能是宇宙时间轴过于绵长，他们或早于我们或晚于我们，没有哪个碰巧跟我们同时存在。还有人说，可能是我们的文明过于落后，还没有办法窥探到他们，而他们虽然能看到我们，但却不屑与我们交流，就像我们在丛林里遇到蚂蚁时不会跟它们打招呼一样。

但说到最后，卡尔达舍夫等级虽然看起来比较科学，甚至已经能够量化评级，却仍然只能算猜测。它还有数个变体，比如卡尔·萨根就建议，在能量基础上再增加信息获取量作为文明评级依据；还有人更大胆地提出IV型和V型文明，想象存在超级生物可以控制宇宙；另一位在科普界很活跃的科学家约翰·巴罗(John Barrow）按照技术所能操控的物体尺寸，确定了七个文明级别......

这些理论不可避免地受到线性思维的限制。决定宇宙未来的关键因素，大概率是突破当今人类认识和想象的，关于它们的讨论，一直只能作为一种脑力锻炼而存在。

未来学（根据合理的科学预测未来的科学）是一门有风险的科学。有些人不称它为科学，称其为骗术或巫术。未来学理所当然地获得了这种狼藉名声，因为，未来学家所作的下个10年的每个“科学”预言都被证明为不切实际。使未来学变为一门落后的科学，是因为我们的大脑思维是线性的，而知识的发展却是指数型的。

——《超空间》

︿︿︿︿书 籍 简 介︿︿︿︿

超空间——科学家的冒险之旅：平行宇宙、时间弯曲、第十维度

Hyperspace: A Scientific Odyssey through Parallel Universes, Time Warps, and the Tenth Dimension

作者：[美] 加来道雄 （Michio Kaku） 著 伍义生 译

重庆：重庆出版社

丛书名：科学可以这样看

ISBN: 978-7-229-13017-6

开本：710×1000mm 1/16

344页 330千字

2018年6月第一版

（图源：本书）

本书广泛使用哲学、文学、影视领域的通俗知识解释物理学专业问题，并且大量涉及世界观的讨论，这自然依赖于作者深厚的信息储备。比如一开头就介绍高维空间为解释低维空间的特殊现象带来的便利，其中不少地方就与小说《平面国》有关，而对虫洞、时空旅行的讨论看上去比在一般宇宙学著作中篇幅大了不少，可能是对大众趣味的响应。

在叙述完高维理论简史以后，本书进入常规顺序，即从相对论到量子理论，再到超弦理论，而正是超弦理论需要高维空间的存在才能够成立。作者对相对论的演绎非常简单直观，使黎曼几何、空间皱褶等给人留下了清晰印象。不过似乎任何人讲到量子理论都无法将它变得形象有趣，因为它本身太微观、太抽象、太远离日常了。

封面有约翰·D. 巴罗的推荐语，这两位作者都是最适合科普工作的。

References:

[美] 加来道雄. 超空间[M]. 伍义生，译. 重庆：重庆出版社, 2018.6wilsonweb. Kardashev scale[DB/OL]. [2010-04-10]. http://wilsonweb.physics.harvard.edu/HUMANRIGHTS/PHYSICS/Kardashev_scale.htmhttps://en.wikipedia.org/wiki/Kardashev_scale; ~Nikolai_Kardashev; ~Dyson_sphere#Dyson_swarm