Escala de Kardashov

La escala de Kardashev es un método para medir el nivel de avance tecnológico de una civilización en función de la cantidad de energía que es capaz de utilizar. La medida fue propuesta por el astrónomo soviético Nikolai Kardashev en 1964.

La escala es hipotética y se refiere al consumo de energía a escala cósmica. Desde entonces, se han propuesto varias extensiones de la escala, incluida una gama más amplia de niveles de potencia (tipos 0, IV a VI) y el uso de métricas distintas de la potencia pura.

Kardashev describió por primera vez su escala en un documento presentado en la conferencia Byurakan de 1964, una reunión científica que revisó el programa de escucha espacial de radioastronomía soviética. Este artículo, titulado " Передача информации внеземными цивилизациями " (y luego traducido al inglés " Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations "), propone una clasificación de civilizaciones en tres tipos, basada en el postulado de la progresión exponencial. Una civilización de tipo I es capaz de acceder a toda la energía disponible en su planeta y almacenarla para su consumo. Una civilización de tipo II puede consumir directamente la energía de una estrella. Finalmente, una civilización de tipo III es capaz de captar toda la energía emitida por su galaxia. En un segundo artículo, titulado "Strategies of Searching for Extraterrestrial Intelligence ” y publicado en 1980, Kardashev se pregunta por la civilización, que define por su capacidad de acceder a la energía, de mantenerse e integrar información de su entorno. Siguen otros dos artículos: “ On the Inevitability and the Possible Estructura de Supercivilizaciones " y " Cosmología y Civilizaciones ", publicados respectivamente en 1985 y 1997; el astrónomo soviético propone pistas para detectar supercivilizaciones y dirigir los programas SETI.

La escala definida por Kardashev ha sido objeto de dos reevaluaciones principales: la de Carl Sagan, que afina los tipos, y la de Michio Kaku, que descarta el postulado energético en favor de la economía del conocimiento. Otros debates sobre la naturaleza de los diferentes tipos han permitido a muchos autores cuestionar la clasificación original de Kardashev, ya sea para completarla o para refutarla. Surgen así dos perspectivas críticas: una que cuestiona los postulados de Kardashev, juzgándolos incompletos o inconsistentes, y otra que establece baremos alternativos. Kardashev ha dado lugar a numerosos escenarios que exploran la posibilidad de civilizaciones más evolucionadas. Cada uno de estos escenarios cuestiona a su manera los tres postulados de Kardashev que definen una civilización: fuentes de energía,

El marco para la búsqueda y detección de civilizaciones avanzadas se construyó y teorizó durante la conferencia celebrada en 1964 en Armenia, en el observatorio astrofísico de Byurakan. Partiendo de una definición funcional de civilización, basada en la inmutabilidad de las leyes físicas y utilizando la civilización humana como modelo de extrapolación, se desarrolló el modelo inicial de Kardashev. Varios científicos han realizado diversas búsquedas de posibles civilizaciones, pero sin resultados concluyentes. Con base en estos criterios, se identificaron objetos inusuales, ahora conocidos como púlsares o cuásares. Kardashev ha descrito en sus diversas publicaciones un conjunto de parámetros de escucha y observación a tener en cuenta; sin embargo, algunos autores, en particular Samouïl Aronovitch Kaplan yGuillermo A. Lemarchand, considera que estos son insuficientes y deben ser completados.

Categorías definidas por Kardashev

La clasificación hipotética conocida como escala de Kardashev distingue tres etapas de evolución de las civilizaciones según el doble criterio del acceso y el uso de la energía. El propósito de esta clasificación es guiar la búsqueda de civilizaciones extraterrestres, particularmente dentro de SETI, en el que participó Kardashev, y esto bajo el supuesto de que una fracción de la energía utilizada por cada tipo está destinada a comunicarse con otras civilizaciones. Para hacer más comprensible esta escala, Lemarchand compara la velocidad de transmisión a través de la galaxia de un volumen de información equivalente a una biblioteca de tamaño mediano. Una civilización de tipo II puede enviar estos datos mediante un haz de transmisión que emite durante solo 100 segundos. Se puede enviar una cantidad similar de información a través de distancias intergalácticas de unos diez millones de años luz, con un tiempo de transmisión de varias semanas. Una civilización de tipo III puede transmitir esta misma cantidad de datos a todo el universo observable con un tiempo de transmisión de 3 segundos.

La clasificación de Kardashev se basa en el supuesto de una tasa de crecimiento del 1% anual. Kardashev cree que la humanidad tardará 3.200 años en alcanzar el Tipo II y 5.800 años en llegar al Tipo III. Estos tipos están separados unos de otros por una tasa de crecimiento de varios miles de millones.

Tipo i

Una civilización "cerca del nivel alcanzado actualmente en la Tierra, con un consumo de energía de ≈4 × 10 erg/seg" (4 × 10 vatios). Una civilización Tipo I generalmente se define como aquella que puede aprovechar toda la energía que llega a su planeta de origen desde su estrella madre (para la Tierra, este valor es de alrededor de 2 × 10 vatios), que es aproximadamente cuatro órdenes de magnitud superior a la cantidad actual. alcanzado en la Tierra, con un consumo de energía de ≈2 × 10 vatios a partir de 2020. El astrónomo Guillermo A. Lemarchand definió el Tipo I como un nivel cercano a la civilización terrestre contemporánea con una capacidad energética equivalente a la insolación solar en la Tierra, entre 10 y 10 vatios.

Tipo II

Una civilización capaz de aprovechar la energía radiada por su propia estrella, por ejemplo, mediante la finalización exitosa de una esfera Dyson o un cerebro Matrioshka, con un consumo de energía de ≈4 × 10 erg/seg. Lemarchand definió civilizaciones de este tipo como capaces de utilizar y canalizar toda la emisión de radiación de su estrella. Entonces, el uso de energía sería comparable a la luminosidad del Sol, alrededor de 4 × 10 erg/seg (4 × 10 vatios).

Tipo III

Una civilización en posesión de energía a la escala de su propia galaxia, con un consumo de energía de ≈4 × 10 erg/seg. Lemarchand definió civilizaciones de este tipo con acceso a energía comparable a la luminosidad de toda la Vía Láctea, alrededor de 4 × 10 erg/seg (4 × 10 vatios).

Kardashev creía que una civilización Tipo 4 era imposible, por lo que no pasó del Tipo 3. Sin embargo, se han propuesto nuevos tipos (0, IV, V, VI).

Estado actual de la civilización humana.

En el momento actual, la humanidad aún no ha alcanzado el estado de civilización Tipo I. El físico y futurista Michio Kaku sugirió que, si los humanos aumentan su consumo de energía a una tasa promedio del 3 por ciento cada año, pueden alcanzar el estado de Tipo I en 100 a 200 años, el estado de Tipo II en unos pocos miles de años y el estado de Tipo III en 100.000 a un millón de años.

Carl Sagan sugirió definir valores intermedios (no considerados en la escala original de Kardashev) interpolando y extrapolando los valores dados anteriormente para los tipos I (10 W), II (10 W) y III (10 W), lo que produciría la fórmula,

donde el valor K es la clasificación Kardashev de una civilización y P es la potencia que utiliza, en vatios. Usando esta extrapolación, una civilización " Tipo 0 ", no definida por Kardashev, controlaría alrededor de 1 MW de potencia, y el tipo de civilización de la humanidad en 1973 era de aproximadamente 0,7 (aparentemente usando 10 teravatios (TW) como valor para la humanidad de la década de 1970).

En 2019, el consumo mundial total de energía fue de 581,51 exajulios (161 530 TWh), equivalente a un consumo de energía promedio de 18,44 TW o 0,73 en la escala Kardashev interpolada de Sagan.

Evidencia observacional

En 2015, un estudio de las emisiones galácticas del infrarrojo medio llegó a la conclusión de que "las civilizaciones de Kardashev Tipo III son muy raras o no existen en el Universo local".

En 2016, Paul Gilster, autor del sitio web Centauri Dreams, describió una señal aparentemente de la estrella HD 164595 que requería el poder de una civilización Tipo I o Tipo II, si es producida por formas de vida extraterrestres. Sin embargo, en agosto de 2016 se descubrió que el origen de la señal probablemente era un satélite militar que orbitaba la Tierra.

Desarrollo energético

Métodos de civilización tipo I

• Aplicación a gran escala de la energía de fusión. Según la equivalencia masa-energía, el Tipo I implica la conversión de unos 2 kg de materia en energía por segundo. En teoría, se podría lograr una liberación de energía equivalente al fusionar aproximadamente 280 kg de hidrógeno en helio por segundo, una tasa aproximadamente equivalente a 8,9 × 10 kg/año. Un kilómetro cúbico de agua contiene alrededor de 10 kg de hidrógeno, y los océanos de la Tierra contienen alrededor de 1,3 × 10 km cúbicos de agua, lo que significa que los humanos en la Tierra podrían mantener esta tasa de consumo en escalas de tiempo geológicas, en términos de hidrógeno disponible.
• La antimateria en grandes cantidades proporcionaría un mecanismo para producir energía en una escala de varias magnitudes por encima del nivel actual de tecnología. En las colisiones de antimateria-materia, toda la masa restante de las partículas se convierte en energía radiante. Su densidad de energía (energía liberada por masa) es aproximadamente cuatro órdenes de magnitud mayor que la del uso de la fisión nuclear, y aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que el mejor rendimiento posible de la fusión. La reacción de 1 kg de antimateria con 1 kg de materia produciría 1,8 × 10 J (180 petajoules) de energía. Aunque a veces se propone la antimateria como fuente de energía, esto no parece factible. La producción artificial de antimateria, según la comprensión actual de las leyes de la física, implica primero convertir energía en masa, lo que no produce energía neta. La antimateria creada artificialmente solo se puede utilizar como medio de almacenamiento de energía, no como fuente de energía, a menos que futuros desarrollos tecnológicos (contrarios a la conservación del número bariónico, como una violación de CP a favor de la antimateria) permitan la conversión de materia ordinaria en antimateria. Teóricamente, los humanos pueden tener en el futuro la capacidad de cultivar y cosechar una serie de fuentes naturales de antimateria.
• Energía renovable a través de la conversión de la luz solar en electricidad, ya sea mediante el uso de células solares y la concentración de energía solar o indirectamente a través de biocombustibles, energía eólica e hidroeléctrica. No existe una forma conocida de que la civilización humana use el equivalente de la energía solar absorbida total de la Tierra sin cubrir completamente la superficie con estructuras hechas por el hombre, lo cual no es factible con la tecnología actual. Sin embargo, si una civilización construyera satélites de energía solar muy grandes basados ​​en el espacio, los niveles de potencia de Tipo I podrían ser alcanzables: estos podrían convertir la luz solar en energía de microondas y transmitirla a los colectores en la Tierra.

Métodos de civilización tipo II

• Las civilizaciones de Tipo II pueden usar las mismas técnicas empleadas por una civilización de Tipo I, pero aplicadas a una gran cantidad de planetas en una gran cantidad de sistemas planetarios.
• Una esfera de Dyson o un enjambre de Dyson y construcciones similares son megaestructuras hipotéticas descritas originalmente por Freeman Dyson como un sistema de satélites de energía solar en órbita destinados a encerrar una estrella por completo y capturar la mayor parte o la totalidad de su producción de energía.
• Otro medio para generar energía utilizable sería introducir una masa estelar en un agujero negro y recoger los fotones emitidos por el disco de acreción. Menos exótico sería simplemente capturar fotones que ya están escapando del disco de acreción, reduciendo el momento angular de un agujero negro; esto se conoce como el proceso de Penrose. Sin embargo, esto solo puede ser posible para una civilización Tipo III.
• El levantamiento de estrellas es un proceso en el que una civilización avanzada podría eliminar una parte sustancial de la materia de una estrella de manera controlada para otros usos.
• Es probable que la antimateria se produzca como un subproducto industrial de una serie de procesos de ingeniería a megaescala (como el levantamiento de estrellas antes mencionado) y, por lo tanto, podría reciclarse.
• En sistemas estelares múltiples de un número suficientemente grande de estrellas, absorbiendo una fracción pequeña pero significativa de la producción de cada estrella individual.
• Los motores estelares se pueden utilizar para mover estrellas.

Métodos de civilización tipo III

• Las civilizaciones de Tipo III podrían usar las mismas técnicas empleadas por una civilización de Tipo II, pero aplicadas a todas las estrellas posibles de una o más galaxias individualmente.
• También pueden aprovechar la energía liberada por los agujeros negros supermasivos que se cree que existen en el centro de la mayoría de las galaxias.
• En teoría, los agujeros blancos podrían proporcionar grandes cantidades de energía al recolectar la materia que se impulsa hacia el exterior.
• Capturar la energía de los estallidos de rayos gamma es otra fuente de energía teóricamente posible para una civilización muy avanzada.
• Las emisiones de los cuásares son comparables a las de las pequeñas galaxias activas y podrían proporcionar una fuente de energía masiva si fueran coleccionables.

Implicaciones de la civilización

Hay muchos ejemplos históricos de civilizaciones humanas atravesando transiciones a gran escala, como la Revolución Industrial. La transición entre los niveles de la escala de Kardashev podría representar potencialmente períodos igualmente dramáticos de agitación social, ya que implican superar los límites estrictos de los recursos disponibles en el territorio existente de una civilización. Una especulación comúnsugiere que la transición del Tipo 0 al Tipo I podría conllevar un fuerte riesgo de autodestrucción ya que, en algunos escenarios, ya no habría espacio para una mayor expansión en el planeta de origen de la civilización, como en una catástrofe maltusiana. El uso excesivo de energía sin una eliminación adecuada del calor, por ejemplo, podría hacer plausiblemente que el planeta de una civilización que se acerca al Tipo I no sea apto para la biología de las formas de vida dominantes y sus fuentes de alimento. Si la Tierra es un ejemplo, entonces las temperaturas del mar superiores a 35 °C (95 °F) pondrían en peligro la vida marina y harían difícil, si no imposible, el enfriamiento de los mamíferos a temperaturas adecuadas para su metabolismo. Por supuesto, estas especulaciones teóricas pueden no convertirse en problemas, posiblemente a través de las aplicaciones de la ingeniería y la tecnología futuras. También,

La limitación de las formas de vida biológicas y la evolución de la tecnología informática pueden conducir a la transformación de la civilización a través de la carga mental y la inteligencia artificial general en general durante la transición del Tipo I al Tipo II, lo que lleva a una civilización digitalizada.

Extensiones a la escala original

Se han propuesto muchas extensiones y modificaciones a la escala de Kardashev.

• Tipos 0, IV y V Clasificación de Kardashev: la extensión más directa de la escala incluiría civilizaciones de Tipo 0, que no se clasifican en la escala de Kardashev, a incluso más seres hipotéticos de Tipo IV que pueden controlar o usar todo el universo o Tipo V. que controlan colecciones de universos. La producción de energía del universo visible está dentro de unos pocos órdenes de magnitud de 10 W. Tal civilización se acerca o supera los límites de la especulación basada en la comprensión científica actual y puede que no sea posible.
  • Zoltán Galántai ha argumentado que tal civilización no podría detectarse, ya que sus actividades serían indistinguibles del funcionamiento de la naturaleza (no habría nada con lo que compararlas).
  • En sus libros Hyperspace and Parallel Worlds, Michio Kaku ha discutido una civilización Tipo IV que podría aprovechar fuentes de energía "extragalácticas" como la energía oscura.

Características de calificación alternativa de Kardashev

Otros cambios propuestos a la escala utilizan diferentes métricas, como el "dominio" de los sistemas, la cantidad de información utilizada o el progreso en el control de lo muy pequeño en comparación con lo muy grande:

• Dominio del planeta (Robert Zubrin): También se han propuesto otras métricas además del uso de energía pura. Uno es el 'dominio' de un planeta, sistema o galaxia en lugar de considerar únicamente la energía.
• Dominio de la información (Carl Sagan): Alternativamente, Carl Sagan sugirió agregar otra dimensión además del uso de energía pura: la información disponible para la civilización.
  • Asignó la letra A para representar 10 bits únicos de información (menos que cualquier cultura humana registrada) y cada letra sucesiva para representar un aumento de orden de magnitud para que una civilización de nivel Z tuviera 10 bits.
  • En esta clasificación, la Tierra de 1973 es una civilización de 0,7 H, con acceso a 10 bits de información, en 2018, la Tierra era una civilización de 0,73 J.
  • Sagan creía que ninguna civilización ha alcanzado aún el nivel Z, conjeturando que tanta información única superaría la de todas las especies inteligentes en un supercúmulo galáctico y observando que el universo no tiene la edad suficiente para intercambiar información de manera efectiva a grandes distancias.
  • Los ejes de información y energía no son estrictamente interdependientes, por lo que incluso una civilización de nivel Z no necesitaría ser Kardashev Tipo III.
• Dominio microdimensional (John Barrow): John D. Barrow observó que a los humanos les ha resultado más rentable ampliar sus habilidades para manipular su entorno en escalas cada vez más pequeñas en lugar de escalas cada vez más grandes. Él, por lo tanto, propone una clasificación inversa hacia abajo del Tipo I-menos al Tipo Omega-menos:
  • El tipo I-menos es capaz de manipular objetos de la escala de ellos mismos: construir estructuras, extraer, unir y romper sólidos;
  • El tipo II-menos es capaz de manipular genes y alterar el desarrollo de los seres vivos, trasplantar o reemplazar partes de sí mismos, leer y modificar su código genético;
  • El Tipo III-menos es capaz de manipular moléculas y enlaces moleculares, creando nuevos materiales;
  • El tipo IV-menos es capaz de manipular átomos individuales, crear nanotecnologías a escala atómica y crear formas complejas de vida artificial;
  • El tipo V-menos es capaz de manipular el núcleo atómico y diseñar los nucleones que lo componen;
  • El tipo VI-menos es capaz de manipular las partículas más elementales de la materia (quarks y leptones) para crear una complejidad organizada entre poblaciones de partículas elementales; culminando en:
  • El tipo Omega-minus es capaz de manipular la estructura básica del espacio y el tiempo.

La civilización humana se encuentra en algún lugar entre el tipo III-menos y los tipos IV-menos según esta clasificación.

• Rango de civilizaciones (Robert Zubrin): Robert Zubrin adapta la escala de Kardashev para referirse a qué tan extendida está una civilización en el espacio, en lugar de su uso de energía.
  • En su definición, una civilización Tipo I se ha extendido por su planeta.
  • Un Tipo II tiene colonias extensas en su respectivo sistema estelar.
  • Un Tipo III ha colonizado su galaxia.