卡尔达舍夫等级

衡量一个文明的技术的先进等级的方法

卡尔达舍夫等级是一种用来衡量一个文明的技术的先进等级的方法。一方面，它反映了整个文明利用能源的能力，这与整个文明的人口、经济与技术实力息息相关；另一方面，它又是一个非常具体的数字，可以量化分析。

提出过程

在1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫（Nikolai Kardashev）设想了外星文明的等级，通过掌握不同能量控制技术进行文明等级的划分。能控制所在行星系统中的恒星能量的宇宙文明被划分为第二类文明类型，这样的文明可控制超过我们100亿倍的能量，获得一颗恒星的全部能量输出。

早在二十世纪六十年代，物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）就提出了一个“球形能量源”的概念，即可以在一颗恒星周围建立起球形结构，获得最大化的恒星能量。这个超级能量壳体就是所谓的“戴森球”，虽然这是一个传奇式的构想，但天文学家们通过一些红外空间望远镜也发现了类似特征的天体，处于尘埃团笼罩的恒星看起来很像一个“戴森球”。

实际观测

根据美国国家航空航天局的广域红外空间望远镜的观测结果，巡天调查就曾发现笼罩在宇宙尘埃团中的恒星。上个世纪七十年代，天文学家们进行一项对全天25万个天体的红外巡天调查，发现了17个类似戴森球特征的天体。根据费米实验室的科学家理查德·卡里根（Richard Carrigan）介绍：“我们可以想象宇宙超级文明首先将能量殖民范围从自身所在的行星系统开始，获得最大化的恒星能量。” 卡里根希望能在附近的星系中观察到巨大的“戴森球”痕迹，对于卡尔达舍夫第二类宇宙文明而言，其不仅对一颗恒星进行戴森球化改造，可能会对一个恒星集群进行能量殖民，所带来的影响将会被我们观测到。比如，我们将会探测到在银河系中出现反常的黑暗空隙，恒星的部分能量将会以红外波段的形式泄露出来，使得在红外线空间望远镜上可观测到明亮的发光现象，也可将其认为是戴森球体表面的热辐射。科学家认为猎犬座 M51 螺旋星系是一个理想的戴森球体寻找场所，美国国家航空航天局的哈勃空间望远镜与斯皮策红外空间望远镜将对星系中的无数恒星世界进行观测，通过可见光与红外照片的叠加跟踪被尘埃团笼罩的恒星。但是卡里根粗略估计在M51星系中应该不会存在无法解释的“泡沫”或者空间。由于巨型椭圆星系不存在尘埃团的干扰，如果其中出现了不寻常的黑暗空隙，那么从整体上看就是非常奇怪的现象。但距离我们较近的椭圆星系至少有6000万光年，因此需要更大的空间望远镜，哈勃望远镜可提供足够的分辨率。在卡尔达舍夫文明体系中，可利用最高能量的宇宙文明为第三类文明，足以控制整个星系中的所有能量，但现有的天文观测并未发现整个星系的能量发生无法解释的现象，所以第三类文明要么不存在，要么还未出现。

展现未来

卡尔达舍夫等级，5000年后的地球将是什么样子？

在过去的5000年中，人类科技取得了突飞猛进的发展，这同时也使得地球伤痕累累。我们已经改变了地球的景观原貌、气候和生物多样性。我们为了生存建设了摩天大楼，同时也为死者筑造了巨大的陵墓。而或许最重要的是，虽然我们已经学会了利用地球的部分能源，但我们仍然亟需更多能量。

人类在71世纪将拥有多么强大的力量？

这种难以满足的能源需求将决定人类文明在今后5000年中的发展路途。因此，它也将主宰地球在公元7010年走向何方。

1964年，俄罗斯天体物理学家尼古拉-卡尔达舍夫提出了这样一个理论：他认为人类文明的技术进步与将其国民可控制的能源总量息息相关。根据这条思路，他从低到高确定了银河系中文明发展的三种类型：

类型I ：该文明是行星能源的主人，这意味着他们可以主宰整个世界能源的总和。

类型II ：该文明能够收集整个恒星系统的能源。

类型III ：该文明可以利用银河系系统的能源而为其所用。

卡尔达舍夫等级并不是离散、分立的，它其实可以通过一个对数公式表示。如果一个文明的全部能源消耗为P，那么这个文明对应的卡尔达舍夫等级K可以表示为：

根据国际能源署的数据，2018年全球能源消费为14 281 889千吨油当量（能量单位，kTOE，kilo ton oil equivalent），大约为1.90×1013W。再由上述公式计算可得，地球上的人类文明属于0.728级文明。

宇宙学家使用卡尔达舍夫指数来预测未来的技术进步和域外文明。现代人类甚至没有跨入这三种文明形态的任何一种。在这个理论系统中，虽然我们基本上处于一个零水平的文明，不过我们终会转向第一类型的文明形态。卡尔达舍夫预测，这种转变将要发生——但是要等到什么时候呢？

理论物理学家和未来学家加来道雄预测，这种转变即将在一个世纪后发生。物理学家弗里曼戴森认为，人类将在未来的200年内步入第一种文明形态。早些时候，卡尔达舍夫设想，人类将在3200年后进入到第二类文明形态。

如果人类在公元7010年仅发展到类型I的水平，那么我们将有能力控制和利用大气和地热能量。虽然战火和自我毁灭的可能仍然威胁着人类的生存，但至少生态环境问题在那时将成为历史的陈迹。

如果我们可以在7010年顺利取得第II型的地位，那么71世纪人类将能够自由地执掌更大的技术力量。戴森提出，在这个阶段，我们可以利用庞大的卫星群围绕在恒星的周围来收集能量。其他一些对第II型文明的伟大设想还包括星际旅行和移动整个行星群落——而这一切取决于遗传学和计算机的突破。

未来人类将有可能与我们在文化方面有很大不同，甚至在神经功能上也会存在差异。他们很可能是未来学家和哲学家们所预测的“后人类”或“超人类”。

无论如何，在今后的5000年中，将有很多事情发生。我们可能会通过战争而走向自我毁灭或者不自觉地利用纳米技术摧毁我们的星球。也许我们会在解除这些威胁之前，因为小行星和彗星碰撞地球而走向灭亡。我们甚至可能在达到类型II之前就遭遇到超越我们文明发展水平的外来文明的侵袭，而这一切犹未可知。如果人类达到第二类文明很有可能为了争夺星际资源而和其他文明发动战争。

等级分类

Ⅰ型文明--母星文明（没有所谓的卫星系，该等级文明以母星为核心，姑且叫做母星文明）

Ⅱ型文明--行星系文明（太阳系就是一个行星系，行星系指围绕某恒星公转的各种天体的集合，包括行星、卫星、小行星、流星体、彗星和宇宙尘埃。）

Ⅲ型文明--恒星系文明（银河系就是一个恒星系，而恒星系或称星系，是由无数本身能发光发热的天体（及恒星）所组成的集合体）

卡尔达肖夫指数

宇宙学家分类可能出现的地外或人类文明的发展水平。首次在1964年由苏联天文学家尼古拉.卡尔达肖夫Nicholas Kardashev提出。有三个指定的分类称为一型，二型和三型。都是基于文明可用的能量作为标志，以及一定程度的空间活动。

总体上看，Ⅰ型文明掌握其星球的资源，Ⅱ型掌握其太阳系的资源，Ⅲ型掌握其星系的资源。这些高度发达的地外文明的数量以等级的升高而呈现大大递减，也就是说其存在相当罕见。

人类的指数是0.73（每秒 2× 1013瓦）（0.1指数的增长意味着能量10倍的增长，0.01指数的增长意味着=1.259倍的增长），人类必须增加数千倍的现有产生能量才能够达到1型；（这些能量将为人类创造出巨大的文明财富：充裕的能量或多用于气候与地质活动的主动控制，大规模太空活动；人造智能工业活动，全球交通系统，通信系统，即时网络等；以及为全球人类提供免费的无线电力，充裕的资源将使商业/金融业消失。）

随着科技的不断进步，相信不久后会呈现爆炸性/曲线地增长。预计100年内人类将开始步上1型文明的等级。一个依赖核聚变以及空间太阳能能源的文明。

Ⅰ型文明

（母星文明，能够产生大约每秒1016瓦或1017瓦可用作文明活动的能量，与地球每秒接受的太阳能相当）

地球可提供的电力1.74×1017瓦。原始定义为4×1012W 。一个相对接近地球文明的水平”（指1964年）。

文明活动范围：地球深处，海洋深处，太空轨道以及临近的星球。

Ⅱ型文明

（行星系文明，文明综合活动每秒大约消耗4×1026瓦（焦耳/秒）的能量；由于恒星的能量各不相同，所以这个数字是可变的）

我们的太阳能够每秒产生约3 .86×1026瓦的能量，最初定义是4×1026瓦。

文明活动范围：太阳系，以及临近的行星系。

Ⅲ型文明

（恒星系文明，文明综合活动每秒大约消耗4×1037瓦（焦耳/秒）的能量，这个数字是非常可变的）

因为不同的星系间有很大的差异; 输出功率的是近似的。原来的定义是4×1037瓦。

文明活动范围：星系团。

能量消耗的幅度来衡量是不可能的，一个高度发达的文明可能只消耗不多的能量就足以达到“奇异科技”的水平。“它们能够具备产生并利用这些能量的技术，而并不是实质的消耗量。”）

另一种分类

一级文明：此等级的文明所掌握的科学技术可以完全掌控他们星球上的一切可利用资源，以及一切事物。是星球上的绝对主宰者，可以随心所欲的控制天气、河流、土地、其它生物、海洋甚至地壳内物质的变化、兴衰。可以说，在他们的星球上他们无所不能。

二级文明：可充分利用其恒星所具有的能量，并将他们的太阳系完全纳入操控之下。可以在太阳系内的各个行星上自由居住、穿梭，不担心能源问题，因为他们懂得怎样高效利用从恒星上散发出的无穷无尽的能量，社会已经高度发达，发展趋于高加速式。

需要提到的是如果一个文明到了第二类型，那么它就几乎是无可摧毁的了。至少人类现知的一切自然、人为的手段，都无法触及他们一根毫毛。即使是在他们的附近出现了超新星爆发，也不能让他们灭亡。他们可以将他们的星系转移至远离爆发的恒星，或者干脆将爆发的能量利用起来。在高度发达的社会下，他们自己也不会做出自我毁灭的举动。

三级文明：他们已经不局限于他们的太阳系，而是所在的整个星系，比如我们的银河系。可利用星系内所有恒星的能量。这类文明已经超出了我们的想象，我们只能猜测他们的生存方式。根据爱因斯坦的相对论，超过光速是理论上不成立的。一个星系很大，从这头飞到那头，即使是接近光速的速度也要几百万年，所以第三类型文明，并不是像科幻片中那样，开着硕大的宇宙飞船，穿梭于星际之中。

四级文明：猜测其摄取宇宙中的暗物质和暗能量（两者占可视宇宙范围内质量的约95%）作为他们的能源。至于此类文明的其它方方面面，已是无从想象了。

各等级文明的毁灭方式：

0型 → 自然灾害，疾病，战争，资源短缺。

0+型 → 极端天气灾害，核战争，超级地质活动，超级火山与地震，陨石碰撞。

1型 → 小行星或彗星碰撞，人造智能危机，太阳活动剧变。

1+型 → 人造智能反叛，太阳衰老并膨胀爆发，临近超新星爆发。

2型 → 星际战争。超高能星体爆发。

2+型 → 星系大碰撞。

3型 → 宇宙大爆炸。

3+型 → 意识消散。

（值得一提的是，每个等级文明的输出功率远不仅仅限于产生的电力，而是利用多大的能量维持文明的活动，好比说1型文明利用智能人造云反射，遮盖或交集太阳光的方式控制地球的气候以及天气，那么阳光的功率：1000瓦1平米就是文明输出功率之一。）

每上升一个等级，文明“总能量”就增加1010倍；各等级文明宇宙人造物体的“质量”或“体积”增加1010倍，人造物体“大小”增加2150倍。