卡尔达肖夫指数

卡尔达肖夫指数（Kardashev Scale，Шкала Кардашёва，又译卡尔达肖夫尺度）是根据一个文明所能够利用的能源量级，来量度文明层次及技术先进程度的一种假说。1964年苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出用能量级把文明分成三个量级：I型、II型和III型。I型文明使用在它的故乡行星所有可用的能量，II型文明利用它的行星所围绕的恒星所有的能量，III型文明则利用它所处星系的所有能量。一般认为人类文明现在接近但尚未达到I型文明，经过其公式换算目前大约在0.73型左右。

## 定义

在1964年由苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出定义文明的三个层次，根据各个文明使用能源功率数量的量级：

- I型 — 文明对行星可以驾驭的能量大约是1016 W。实际的数字是有很多变数的，地球的特定变数为 1.74×1017 W。（此处存疑）卡尔达肖夫指数原定义为 4×1016 W。
- II型 — 文明对一个恒星所可以驾驭的能量大约是 1026 W。同样地，实际的数字是有很多变数的，太阳输出的指数约为3.86×1026 W。卡尔达肖夫指数原定义为 4×1026 W。
- III型 — 文明对一个星系所驾驭的能量大约是 1036 W。这个数字是有极多变数的，因为星系的体积在变化中。卡尔达肖夫指数原定义为 4×1037 W。

在现阶段，上述文明类别纯为假定。但是卡尔达肖夫指数被搜寻地外文明计划研究人员、科幻小说作家和预言家用来作理论基础。

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## 人类文明的现状

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加来道雄认为，人类可能在100到200年左右达到I型状态，在几千年后达到II型状态，而约在10万至100万年后达到III型状态。

卡尔·萨根建议定义中间值（不考虑在卡尔达肖夫的原指数），由类型I（1016 W），类型II（1026 W）和类型III（1036 W）的值来做内插和外插，得出下面的公式：

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

其中的K是一个文明的卡尔达肖夫指数，P 是它使用的电力，以瓦特为单位。他计算出人类文明类型指数（在1973年）是0.7左右，用外推法（显然1970年代人类使用了10太瓦（TW）的数值）。

2012年，总世界能源消耗量为553艾焦（553×10^18J=153,661 TWh），相当于平均功耗为17.54太瓦（1.504×10^13W，或0.724上的卡尔达肖夫指数）。从1973年到2012年该指数每年平均增长0.0008左右。

地球的总光合生产力是大约1500至2250TW之间，或每年47,300-71,000艾焦（EJ），相当于0.9卡尔达肖夫指数。

## 对分类的批评

### 不相关的假设

威廉·I·纽曼和卡尔·萨根认为，单靠能源消耗的增长无法描述文明的演变；还需要考虑人口增长，特别是人口增长会受到星际旅行方式的运输能力的限制。他们得出结论，银河系维度上不可能存在古代文明，也不可能存在银河帝国，尽管存在殖民世界网络（约 5 至 10 个行星）的可能性很大。

卡尔达肖夫提出的规模理论诞生于冷战的地缘政治背景，在这种背景下，能源具有至高无上的价值。布宜诺斯艾利斯大学物理学家 Guillermo A. Lemarchand 认为，有四个论点反对卡尔达肖夫分类：

- 长距离全向发射器的能源消耗非常大。使用定向或间歇性设备，每个设备指向不同的方向，所需的能量就会少得多。因此，II 或 III 文明可能不是通过指数能源消耗来定义的。
- 能源消耗呈指数增长的假设肯定是错误的，因为如果我们分析人类历史上的人均能源消耗，它会形成一系列的逻辑曲线，每一次技术创新都会有一个饱和点。因此，更有可能出现稳定状态或有限的增长。
- 1966 年，萨根和什克洛夫斯基在约翰·理查德·戈特的计算基础上，将平庸原理应用于寻找地外文明，根据这一原理，比我们更重要的文明一定非常稀有，以至于它们没有可能占据主导地位并被人们看到。
- 最后，哈佛大学和布宜诺斯艾利斯（Horowitz 和 Sagan 在 1993 年或 Lemarchand 等人在 1997 年）的研究和监听计划都没有提供任何人造源存在的科学证据，无论是在银河系，还是在附近的星系（M33、 M81、涡状星系或半人马座 A），甚至在室女座星系团中。

对于英国气象学家刘易斯·弗赖伊·理查森——一项关于死亡率的统计研究的作者（发表于1960年的《致命争吵的统计》）来说，人类的攻击性不允许我们预测人类能够达到更进化阶段的寿命。他估计，人类的暴力冲动将在1000年的时间里破坏社会秩序。而且，最多几百年，人类就可能被大规模杀伤性武器毁灭。

超人类主义者保罗·休斯和约翰·斯马特解释了类型信号的缺失 III 型文明有两种假设：要么它已经自我毁灭，要么它没有遵循卡尔达肖夫所描述的轨迹。能源消耗的增长将导致气候危机， Yvan Dutil和Stéphane Dumas将这一设定为地球每平方米 1瓦或整个地球 127 TW。如果以每年 2% 的增长率来计算，工业文明应该在其历史上很早就停止增长（几个世纪之后）。总之，无法可持续地保障能源资源，可能解释了类型 II 和 III 型文明。

对于佐尔坦·加兰泰来说，不可能想象一个跨越几个世纪（如戴森球）甚至数百万年的文明项目，除非有人想象一种不同于我们的、在祖先文明范围内的思想和伦理。因此，他建议根据文明长期开展大规模文明项目的能力对文明进行分类。

最后，对于弗里曼·戴森来说，在一个拥有有限能量的开放宇宙中，通信和生命可以永远持续下去；因此，智力是一个文明长期生存的唯一基本参数，而能量不再是决定文明的因素，这是他在文章《无尽的时间：开放宇宙中的物理学和生物学》中阐述的论点。

## 延伸阅读

- 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

## 外部链接

- 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