Thang Kardashev

Thang Kardashev hay thước Kardashev là một phương pháp đo mức phát triển của một nền văn minh. Dù mang tính lý thuyết, thang Kardashev đã miêu tả một hướng đi của văn minh gắn liền với việc sử dụng năng lượng. Nó được đề xuất lần đầu tiên bởi nhà thiên văn học Xô Viết Nikolai Semenovich Kardashev vào năm 1968. Căn cứ vào khả năng lợi dụng năng lượng cũng như mức độ thực dân hóa không gian của một nền văn minh, ba bậc văn minh được đưa ra: loại I, có thể sử dụng được toàn bộ nguồn năng lượng trên hành tinh mẹ; loại II là có thể sử dụng toàn bộ năng lượng từ mặt trời của nó và loại III có thể sử dụng năng lượng trong một thiên hà. Khoa học viễn tưởng cũng đã đề cập tới loại IV, trong đó nền văn minh đã làm chủ mọi nguồn lực trong vũ trụ của nó; loại V, làm chủ mọi vũ trụ; loại VI thao túng các loại vật chất nhỏ hơn hạt nguyên tử, như hạt quark, hạt neutron (rất khó tưởng tượng nền văn minh này); loại VII bẻ cong, điều khiển thời gian và không gian, có thể làm mọi thứ.
Ngoài ra, Kardashev cũng đã đặt một mức năng lượng bình quân cho mỗi bậc văn minh, và chia nhỏ mỗi bậc thành trăm phần để có một thước đo chi tiết hơn. Theo thước này thì nền văn minh loài người năm 2010 ở khoảng 0,72 và các suy đoán lý thuyết cho rằng loài người sẽ đạt đến đỉnh cao của loại I vào khoảng năm 2120, loại II vào khoảng năm 3100, và loại III trong khoảng một trăm ngàn đến một triệu năm tới. Loại IV vào khoảng 10 triệu đến 100 triệu năm tới. Loại V vào 1 tỷ năm tới. Loại VI vào 20 tỷ năm tới. Loại VII vào 300 tỷ năm tới.
Phân chia theo sử dụng năng lượng.
Loại I: Văn minh có khả năng khai thác và sử dụng tài nguyên năng lượng trong một hành tinh. Năng lượng của Trái Đất được tính là 1,74 × 1017 W (174 petawatt). Con số ban đầu mà Kardashev đưa ra là 4 × 1012 W, "gần với mức hiện nay trên Trái Đất" (hiện nay chỉ năm 1964).
Loại II: Văn minh có khả năng khai thác và sử dụng năng lượng tài nguyên năng lượng trong một ngôi sao. Năng lượng của mặt trời chúng ta là 3,86 × 1026 W. Con số Kardashev đưa ra cũng là 4 × 1026 W.
Loại III: Văn minh có khả năng khai thác và sử dụng năng lượng của một thiên hà. Ước chừng 4 × 1037 W. Vì các thiên hà có thể chênh lệnh rất nhiều về kích thước nên độ dao động của con số này rất rộng.
Nếu dùng năng lượng chứa trong một bom hạt nhân làm thước đo, Tsar Bomba, quả bom hạt nhân mạnh nhất từng được cho nổ có năng lượng nổ là 57 triệu tấn TNT. Trong khi đó một nền văn minh loại I sử dụng năng lượng tương đương 25 triệu tấn TNT mỗi giây, và sau mỗi 2,28 giây thì đạt tới năng lượng của Tsar Bomba. Một nền văn minh loại II sử dụng năng lượng tương đương 4 tỉ quả bom khinh khí mỗi giây. Loại ba lại gấp 100 tỉ lần loại II.
Mức văn minh của loài người.
Văn minh loài người đang ở đâu đó dưới bậc I, do nó chỉ sử dụng được một phần nhỏ nguồn năng lượng của Trái Đất. Các văn minh ở mức này có thể xếp vào loại 0. Mặc dù mức văn minh này không được Kardashev đề cập, Carl Sagan lập luận rằng nó có thể dễ dàng suy ra từ các giá trị của các mức khác. Năm 1973, ông tính được mức văn minh của loài người là 0,7 dựa theo tỉ lệ giữa loại 0 và loại I.
Công thức Sagan sử dụng:
với K (giá trị Kardashev) là giá trị đo được của nền văn minh trên thang Kardashev và W là năng lượng của nó tính bằng W. Trong công thức của mình, Sagan cho W giá trị là 10 terawatt (TW), một con số cao hơn rất nhiều so với các số liệu thống kê mới, điều này làm cho giá trị K ông tính được lệnh đi 1%. Dưới đây là bảng thống kê giá trị Kardashev của văn minh loài người từ 1900 đến 2030, số liệu năng lượng lấy từ Báo cáo Năng lượng Toàn cầu năm 2005 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế và báo cáo từ Dự án Thống kê Năng lượng Thế giới (phần 7):
Tính đến năm 2007, chỉ số Kardashev là khoảng 0,72, do chỉ số K được tính theo cơ số logarit -10, giá trị 0,72 cho thấy chúng ta đã lợi dụng được 0,16 nguồn năng lượng dự trữ của Trái Đất.
Phát triển năng lượng.
Các phương pháp mà một nền văn minh có thể tiến tới loại I:
Các phương pháp nền văn minh loại II có thể sử dụng:
Văn minh loại III có thể sử dụng cùng loại công nghệ như loại II, nhưng áp dụng một cách riêng lẻ cho tất cả các ngôi sao trong một hay nhiều thiên hà. Cũng có thể là khai thác năng lượng từ các siêu hố đen được cho là tồn tại ở tâm hầu hết các thiên hà.
Ý nghĩa.
Đã có nhiều ví dụ trong lịch sử về bước tiến lớn của văn minh loài người, ví như cuộc Cách mạng công nghiệp. Một bước tiến của văn minh trên thang Kardashev sẽ gây ra ảnh hưởng lớn đến xã hội loài người, vì nó đòi hỏi phải vượt qua giới hạn của tài nguyên, cũng như lãnh thổ mà văn minh sở hữu. Một suy luận đơn giản cho thấy bước quá độ từ loại 0 sang loại I có thể dẫn tới văn minh tự hủy, trong số vài viễn cảnh đưa ra, có thể không còn chỗ cho văn minh phát triển trên chính hành tinh của mình, ví như thảm họa Malthusian. Sử dụng năng lượng mà không để ý đến hiệu ứng nhiệt, có thể dẫn đến hậu quả là môi trường của một nền văn minh tiếp cận loại I bị đứng trước nguy cơ. Lấy Trái Đất làm ví dụ, nếu nhiệt độ trung bình vượt quá 35 °C, hầu hết các loài sinh vật biển sẽ chết đi, nhiệt độ cao cũng khiến cho trao đổi chất ở sinh vật trở nên khó khăn đến ngừng hẳn. Tất nhiên nếu có chuẩn bị về mặt kỹ thuật và công nghệ, các suy đoán lý thuyết trên có thể tránh khỏi. Ngoài ra, một nền văn minh tiếp cận loại I đã phát triển kỹ thuật vũ trụ, có thể giảm áp lực cho hành tinh mẹ bằng cách thực dân ra không gian vũ trụ xung quanh, ví dụ như các hành tinh khác, hay các trạm O'Neill.
Mở rộng thang Kardashev.
Vị trí hiện nay của văn minh loài người là nằm phía dưới loại I của thang Kardashev, hiện nay được gọi là "loại 0" hay gọi bằng chỉ số K (tính theo công thức logarit của Sagan.
Zoltan Galantai đã mở rộng thang lên loại IV, ở đó văn minh có thể sử dụng được mọi nguồn năng lượng của một vũ trụ. Một nền văn minh như vậy thậm chí không thể suy đoán bằng khoa học hiện tại. Có lẽ Điểm Omega của Frank J. Tipler hoặc giả thiết Biocosm là một ví dụ của nó. Galantai cho rằng một nền văn minh như vậy không thể bị phát hiện, hoạt động của nó có lẽ không khác gì hoạt động của tự nhiên (hay không thể xác định được).
Ngoài ra, theo ý kiến của Milan M. Ćirković, loại IV nên dùng để chỉ một nền văn minh đã khai thác toàn bộ nguồn năng lượng trong siêu thiên hà của nó, hoặc trong "cấu trúc bao lớn nhất" chứa đựng văn minh. Đối với siêu đám địa phương, năng lượng xấp xỉ 1042 W.
Trong cuốn sách "Các thế giới song song (Parallel Worlds), Dr. Michio Kaku giả thiết một "nền văn minh loại IV" có thể khai thác các nguồn năng lượng "ngoại thiên hà", chẳng hạn năng lượng tối.
Ngoài phương pháp phân loại theo năng lượng sử dụng, Carl Sagan đưa ra thêm một cách nhìn khác để xác định độ phát triển của văn minh: lượng thông tin mà văn minh lưu trữ. Ông đặt loại A là văn minh lưu trữ 106 bit thông tin (ít hơn bất kỳ nền văn minh nào của con người đã được ghi nhận), và mỗi bậc tăng lên số bit thông tin tăng lên 10 lần, như vậy văn minh loại Z sẽ lưu trữ 1031 bit. Trong cách phân loại này, loài người đạt 0,7 H vào năm 1973. Theo suy đoán của Sagan, có lẽ không nền văn minh nào có thể đạt tới cấp Z. Và bởi vì hai trục thông tin và năng lượng không phụ thuộc lẫn nhau, một nền văn minh cấp Z có lẽ vẫn chưa bước lên bậc III của thang Kardashev.
Liên hệ với xã hội học và nhân chủng học.
Lý thuyết của Kardashev có thể được xem như là mở rộng của một số lý thuyết xã hội, đặc biệt là tiến hóa xã hội. Nó gần với lý thuyết của Leslie White, tác giả của "Văn minh tiến hóa: Từ phát triển văn minh đến sự sụp đổ của thành Rome" (The Evolution of Culture: The Development of Civilization to the Fall of Rome) (1959). White đã cố gắng tạo ra một lý thuyết giải thích toàn bộ lịch sử nhân loại. Yếu tố quan trong nhất trong lý thuyết của ông là công nghệ. Ông viết trong sách: "các hệ thống xã hội được xác định bằng hệ thống công nghệ", lặp lại lý thuyết trước đó của Lewis Henry Morgan. Khi đo lường tiến bộ xã hội, ông đề xuất biện pháp đánh giá tiêu thụ năng lượng của một xã hội đó (vì vậy, lý thuyết của ông còn gọi là lý thuyết năng lượng trong tiến hóa văn minh). Ông chia sự phát triển của loài người làm năm giai đoạn: Trong giai đoạn đầu tiên, loài người sử dụng năng lượng từ cơ bắp của mình. Trong giai đoạn thứ hai, họ sử dụng năng lượng của động vật thuần hóa. Trong giai đoạn thứ ba, họ sử dụng năng lượng từ thực vật (như cách mạng nông nghiệp). Trong giai đoạn thứ tư, họ học cách sử dụng năng lượng từ tài nguyên thiên nhiên - chẳng hạn như dầu, than đá và khí đốt. Cuối cùng, trong giai đoạn thứ năm, họ khai thác năng lượng hạt nhân. White giới thiệu công thức P = E × T, trong đó P chỉ mức tiến bộ của nền văn minh, E là năng lượng tiêu thụ, và T chỉ hiệu quả của các yếu tố kỹ thuật sử dụng năng lượng.
Phản biện.
Trong tác phẩm "" của nhà sinh vật học Jack Cohen và nhà toán học Ian Stewart, hai ông đã lập luận rằng: bởi vì chúng ta không thể hiểu được một nền văn minh tiên tiến, chúng ta không thể dự đoán được hoạt động của họ. Do đó giả thiết của Kardashev có thể không phản ánh điều gì xảy ra trong một nền văn minh tiên tiến.
Nhìn một cách trực quan, thang Kardashev gắn liền mức tiên tiến của một nền văn minh với sản lượng năng lượng văn minh sử dụng. Nó bỏ qua khả năng một nền văn minh phát triển theo hướng tăng hiệu suất sử dụng năng lượng hoặc giảm mức phụ thuộc của văn minh vào nguồn năng lượng.
Robert Zubrin dùng mức độ mở rộng của loài thay vì mức sử dụng năng lượng để đánh giá độ phát triển của văn minh. Văn minh loại I: loài đã phát triển trên toàn hành tinh của nó, loại II trên toàn hệ mặt trời của nó, loại III đã thực dân ra toàn thiên hà.