卡爾達肖夫指數

卡爾達肖夫指數（Kardashev Scale，Шкала Кардашёва，又譯卡爾達肖夫尺度）是根據一個文明所能夠利用的能源量級，來量度文明層次及技術先進程度的一種假說。1964年蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達肖夫首先提出用能量級把文明分成三個量級：I型、II型和III型。I型文明使用在它的故鄉行星所有可用的能量，II型文明利用它的行星所圍繞的恆星所有的能量，III型文明則利用它所處星系的所有能量。一般認為人類文明現在接近但尚未達到I型文明，經過其公式換算目前大約在0.73型左右。

## 定義

在1964年由蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達肖夫首先提出定義文明的三個層次，根據各個文明使用能源功率數量的量級：

- I型 — 文明對行星可以駕馭的能量大約是1016 W。實際的數字是有很多變數的，地球的特定變數為 1.74×1017 W。（此處存疑）卡爾達肖夫指數原定義為 4×1016 W。
- II型 — 文明對一個恆星所可以駕馭的能量大約是 1026 W。同樣地，實際的數字是有很多變數的，太陽輸出的指數約為3.86×1026 W。卡爾達肖夫指數原定義為 4×1026 W。
- III型 — 文明對一個星系所駕馭的能量大約是 1036 W。這個數字是有極多變數的，因為星系的體積在變化中。卡爾達肖夫指數原定義為 4×1037 W。

在現階段，上述文明類別純為假定。但是卡爾達肖夫指數被搜尋地外文明計畫研究人員、科幻小說作家和預言家用來作理論基礎。

<image>

## 人類文明的現狀

<image>

加來道雄認為，人類可能在100到200年左右達到I型狀態，在幾千年後達到II型狀態，而約在10萬至100萬年後達到III型狀態。

卡爾·薩根建議定義中間值（不考慮在卡爾達肖夫的原指數），由類型I（1016 W），類型II（1026 W）和類型III（1036 W）的值來做內插和外插，得出下面的公式：

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

其中的K是一個文明的卡爾達肖夫指數，P 是它使用的電力，以瓦特爲單位。他計算出人類文明類型指數（在1973年）是0.7左右，用外推法（顯然1970年代人類使用了10太瓦（TW）的數值）。

2012年，總世界能源消耗量為553艾焦（553×10^18J=153,661 TWh），相當於平均功耗為17.54太瓦（1.504×10^13W，或0.724上的卡爾達肖夫指數）。從1973年到2012年該指數每年平均增長0.0008左右。

地球的總光合生產力是大約1500至2250TW之間，或每年47,300-71,000艾焦（EJ），相當於0.9卡爾達肖夫指數。

## 對分類的批評

### 不相關的假設

威廉·I·紐曼和卡爾·薩根認為，單靠能源消耗的增長無法描述文明的演變；還需要考慮人口增長，特別是人口增長會受到星際旅行方式的運輸能力的限制。他們得出結論，銀河系維度上不可能存在古代文明，也不可能存在銀河帝國，儘管存在殖民世界網路（約 5 至 10 個行星）的可能性很大。

卡爾達肖夫提出的規模理論誕生於冷戰的地緣政治背景，在這種背景下，能源具有至高無上的價值。布宜諾斯艾利斯大學物理學家 Guillermo A. Lemarchand 認為，有四個論點反對卡爾達肖夫分類：

- 長距離全向發射器的能源消耗非常大。使用定向或間歇性設備，每個設備指向不同的方向，所需的能量就會少得多。因此，II 或 III 文明可能不是通過指數能源消耗來定義的。
- 能源消耗呈指數增長的假設肯定是錯誤的，因為如果我們分析人類歷史上的人均能源消耗，它會形成一系列的邏輯曲線，每一次技術創新都會有一個飽和點。因此，更有可能出現穩定狀態或有限的增長。
- 1966 年，薩根和什克洛夫斯基在約翰·理察·戈特的計算基礎上，將平庸原理應用於尋找地外文明，根據這一原理，比我們更重要的文明一定非常稀有，以至於它們沒有可能占據主導地位並被人們看到。
- 最後，哈佛大學和布宜諾斯艾利斯（Horowitz 和 Sagan 在 1993 年或 Lemarchand 等人在 1997 年）的研究和監聽計劃都沒有提供任何人造源存在的科學證據，無論是在銀河系，還是在附近的星系（M33、 M81、渦狀星系或半人馬座 A），甚至在室女座星系團中。

對於英國氣象學家劉易斯·弗賴伊·理查森——一項關於死亡率的統計研究的作者（發表於1960年的《致命爭吵的統計》）來說，人類的攻擊性不允許我們預測人類能夠達到更進化階段的壽命。他估計，人類的暴力衝動將在1000年的時間裡破壞社會秩序。而且，最多幾百年，人類就可能被大規模殺傷性武器毀滅。

超人類主義者保羅·休斯和約翰·斯馬特解釋了類型信號的缺失 III 型文明有兩種假設：要麼它已經自我毀滅，要麼它沒有遵循卡爾達肖夫所描述的軌跡。能源消耗的增長將導致氣候危機， Yvan Dutil和Stéphane Dumas將這一設定為地球每平方米 1瓦或整個地球 127 TW。如果以每年 2% 的增長率來計算，工業文明應該在其歷史上很早就停止增長（幾個世紀之後）。總之，無法可持續地保障能源資源，可能解釋了類型 II 和 III 型文明。

對於佐爾坦·加蘭泰來說，不可能想像一個跨越幾個世紀（如戴森球）甚至數百萬年的文明項目，除非有人想像一種不同於我們的、在祖先文明範圍內的思想和倫理。因此，他建議根據文明長期開展大規模文明項目的能力對文明進行分類。

最後，對於弗里曼·戴森來說，在一個擁有有限能量的開放宇宙中，通信和生命可以永遠持續下去；因此，智力是一個文明長期生存的唯一基本參數，而能量不再是決定文明的因素，這是他在文章《無盡的時間：開放宇宙中的物理學和生物學》中闡述的論點。

## 延伸閱讀

- Dyson, Freeman J. Energy in the Universe Article in September 1971 Scientific American magazine (Special September Issue on Energy)
- Wind Powering America
- Clean Energy for Planetary Survival: International Development Research Centre
- LBL Scientists Research Global Warming
- E³ Handbook
- Clarke H2 energy systems
- Shkadov Thruster
- Supercivilizations as Possible Products of the Progressive Evolution of Matter: also by Kardashev
- Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation, by Freeman J. Dyson
- The Radio Search For Intelligent Extraterrestral Life, by Frank Drake

## 外部連結

- Kardashev civilizations
- Astrobiology: The Living Universe
- Detectability of Extraterrestrial Technological Activities
- Flash Animation on Civilizations
- After Kardashev: Farewell to Super Civilizations
- Exotic Civilizations: Beyond Kardashev
- Description of civilization types from Dr. Michio Kaku
- Search for Type III civilizations