卡爾達舍夫等級

在1964年，蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫（Nikolai Kardashev）設想了外星文明的等級，通過掌握不同能量控制技術進行文明等級的劃分。能控制所在行星系統中的恆星能量的宇宙文明被劃分為第二類文明類型，這樣的文明可控制超過我們100億倍的能量，獲得一顆恆星的全部能量輸出。

早在二十世紀六十年代，物理學家弗里曼·戴森（Freeman Dyson）就提出了一個“球形能量源”的概念，即可以在一顆恆星周圍建立起球形結構，獲得最大化的恆星能量。這個超級能量殼體就是所謂的“戴森球”，雖然這是一個傳奇式的構想，但天文學家們通過一些紅外空間望遠鏡也發現了類似特徵的天體，處於塵埃團籠罩的恆星看起來很像一個“戴森球”。

根據美國國家航空航天局的廣域紅外空間望遠鏡的觀測結果，巡天調查就曾發現籠罩在宇宙塵埃團中的恆星。上個世紀七十年代，天文學家們進行一項對全天25萬個天體的紅外巡天調查，發現了17個類似戴森球特徵的天體。根據費米實驗室的科學家理查德·卡里根（Richard Carrigan）介紹：“我們可以想象宇宙超級文明首先將能量殖民範圍從自身所在的行星系統開始，獲得最大化的恆星能量。” 卡里根希望能在附近的星系中觀察到巨大的“戴森球”痕跡，對於卡爾達舍夫第二類宇宙文明而言，其不僅對一顆恆星進行戴森球化改造，可能會對一個恆星集羣進行能量殖民，所帶來的影響將會被我們觀測到。比如，我們將會探測到在銀河系中出現反常的黑暗空隙，恆星的部分能量將會以紅外波段的形式泄露出來，使得在紅外線空間望遠鏡上可觀測到明亮的發光現象，也可將其認為是戴森球體表面的熱輻射。 科學家認為獵犬座M51螺旋星系是一個理想的戴森球體尋找場所，美國國家航空航天局的哈勃空間望遠鏡與斯皮策紅外空間望遠鏡將對星系中的無數恆星世界進行觀測，通過可見光與紅外照片的疊加跟蹤被塵埃團籠罩的恆星。但是卡里根粗略估計在M51星系中應該不會存在無法解釋的“泡沫”或者空間。 由於巨型橢圓星系不存在塵埃團的干擾，如果其中出現了不尋常的黑暗空隙，那麼從整體上看就是非常奇怪的現象。但距離我們較近的橢圓星系至少有6000萬光年，因此需要更大的空間望遠鏡，哈勃望遠鏡可提供足夠的分辨率。在卡爾達舍夫文明體系中，可利用最高能量的宇宙文明為第三類文明，足以控制整個星系中的所有能量，但現有的天文觀測並未發現整個星系的能量發生無法解釋的現象，所以第三類文明要麼不存在，要麼還未出現。

卡爾達舍夫等級，5000年後的地球將是什麼樣子？

在過去的5000年中，人類科技取得了突飛猛進的發展，這同時也使得地球傷痕累累。我們已經改變了地球的景觀原貌、氣候和生物多樣性。我們為了生存建設了摩天大樓，同時也為死者築造了巨大的陵墓。而或許最重要的是，雖然我們已經學會了利用地球的部分能源，但我們仍然亟需更多能量。

人類在71世紀將擁有多麼強大的力量？

這種難以滿足的能源需求將決定人類文明在今後5000年中的發展路途。因此，它也將主宰地球在公元7010年走向何方。

1964年，俄羅斯天體物理學家尼古拉-卡爾達舍夫提出了這樣一個理論：他認為人類文明的技術進步與將其國民可控制的能源總量息息相關。根據這條思路，他從低到高確定了銀河系中文明發展的三種類型：

類型I ：該文明是行星能源的主人，這意味着他們可以主宰整個世界能源的總和。

類型II ：該文明能夠收集整個恆星系統的能源。

類型III ：該文明可以利用銀河系系統的能源而為其所用。

卡爾達舍夫等級並不是離散、分立的，它其實可以通過一個對數公式表示。如果一個文明的全部能源消耗為P，那麼這個文明對應的卡爾達舍夫等級K可以表示為： ^[1] 

根據國際能源署的數據，2018年全球能源消費為14 281 889千噸油當量（能量單位，kTOE，kilo ton oil equivalent），大約為1.90×10¹³W。再由上述公式計算可得，地球上的人類文明屬於0.728級文明。 ^[1] 

宇宙學家使用卡爾達舍夫指數來預測未來的技術進步和域外文明。現代人類甚至沒有跨入這三種文明形態的任何一種。在這個理論系統中，雖然我們基本上處於一個零水平的文明，不過我們終會轉向第一類型的文明形態。卡爾達舍夫預測，這種轉變將要發生——但是要等到什麼時候呢？

理論物理學家和未來學家加來道雄預測，這種轉變即將在一個世紀後發生。物理學家弗里曼 戴森認為，人類將在未來的200年內步入第一種文明形態。早些時候，卡爾達舍夫設想，人類將在3200年後進入到第二類文明形態。

如果人類在公元7010年僅發展到類型I的水平，那麼我們將有能力控制和利用大氣和地熱能量。雖然戰火和自我毀滅的可能仍然威脅着人類的生存，但至少生態環境問題在那時將成為歷史的陳跡。

如果我們可以在7010年順利取得第II型的地位，那麼71世紀人類將能夠自由地執掌更大的技術力量。戴森提出，在這個階段，我們可以利用龐大的衞星羣圍繞在恆星的周圍來收集能量。其他一些對第II型文明的偉大設想還包括星際旅行和移動整個行星羣落——而這一切取決於遺傳學和計算機的突破。

未來人類將有可能與我們在文化方面有很大不同，甚至在神經功能上也會存在差異。他們很可能是未來學家和哲學家們所預測的“後人類”或“超人類”。

無論如何，在今後的5000年中，將有很多事情發生。我們可能會通過戰爭而走向自我毀滅或者不自覺地利用納米技術摧毀我們的星球。也許我們會在解除這些威脅之前，因為小行星和彗星碰撞地球而走向滅亡。我們甚至可能在達到類型II之前就遭遇到超越我們文明發展水平的外來文明的侵襲，而這一切猶未可知。如果人類達到第二類文明很有可能為了爭奪星際資源而和其他文明發動戰爭。

Ⅰ型文明--母星文明（沒有所謂的衞星系，該等級文明以母星為核心，姑且叫做母星文明）

Ⅱ型文明--行星系文明（太陽系就是一個行星系，行星系指圍繞某恆星公轉的各種天體的集合，包括行星、衞星、小行星、流星體、彗星和宇宙塵埃。）

Ⅲ型文明--恆星系文明（銀河系就是一個恆星系，而恆星系或稱星系，是由無數本身能發光發熱的天體（及恆星）所組成的集合體）

" 卡爾達肖夫指數" 是宇宙學家分類可能出現的地外或人類文明的發展水平。首次在1964年由蘇聯天文學家尼古拉.卡爾達肖夫Nicholas Kardashev提出。有三個指定的分類稱為一型，二型和三型。都是基於文明可用的能量作為標誌，以及一定程度的空間活動。

總體上看，Ⅰ型文明掌握其星球的資源，Ⅱ型掌握其太陽系的資源，Ⅲ型掌握其星系的資源。這些高度發達的地外文明的數量以等級的升高而呈現大大遞減，也就是説其存在相當罕見。

人類的指數是0.73（每秒 2× 10¹³瓦）（0.1指數的增長意味着能量10倍的增長，0.01指數的增長意味着

=1.259倍的增長），人類必須增加數千倍的現有產生能量才能夠達到1型；（這些能量將為人類創造出巨大的文明財富：充裕的能量或多用於氣候與地質活動的主動控制，大規模太空活動；人造智能工業活動，全球交通系統，通信系統，即時網絡等；以及為全球人類提供免費的無線電力，充裕的資源將使商業/金融業消失。）

隨着科技的不斷進步，相信不久後會呈現爆炸性/曲線地增長。預計100年內人類將開始步上1型文明的等級。一個依賴核聚變以及空間太陽能能源的文明。

（母星文明，能夠產生大約每秒10¹⁶瓦或10¹⁷瓦可用作文明活動的能量，與地球每秒接受的太陽能相當）

地球可提供的電力1.74×10¹⁷瓦。原始定義為4×10¹²W 。一個相對接近地球文明的水平”（指1964年）。

文明活動範圍：地球深處，海洋深處，太空軌道以及臨近的星球。

（行星系文明，文明綜合活動每秒大約消耗4×10²⁶瓦（焦耳/秒）的能量；由於恆星的能量各不相同，所以這個數字是可變的）

我們的太陽能夠每秒產生約3 .86×10²⁶瓦的能量，最初定義是4×10²⁶瓦。

文明活動範圍：太陽系，以及臨近的行星系。

（恆星系文明，文明綜合活動每秒大約消耗4×10³⁷瓦（焦耳/秒）的能量，這個數字是非常可變的）

因為不同的星系間有很大的差異; 輸出功率的是近似的。 原來的定義是4×10³⁷瓦。

文明活動範圍：星系團。

（然而有人認為，因為我們無法理解先進的文明，我們無法預測他們的演化與行為，因此，"卡爾達肖夫指數" 廣張式的分類不能就此反映實際存在的一種先進的文明。因為僅僅以能量消耗的幅度來衡量是不可能的，一個高度發達的文明可能只消耗不多的能量就足以達到“奇異科技”的水平。“它們能夠具備產生並利用這些能量的技術，而並不是實質的消耗量。”）

一級文明：此等級的文明所掌握的科學技術可以完全掌控他們星球上的一切可利用資源，以及一切事物。是星球上的絕對主宰者，可以隨心所欲的控制天氣、河流、土地、其它生物、海洋甚至地殼內物質的變化、興衰。可以説，在他們的星球上他們無所不能。

二級文明：可充分利用其恆星所具有的能量，並將他們的太陽系完全納入操控之下。可以在太陽系內的各個行星上自由居住、穿梭，不擔心能源問題，因為他們懂得怎樣高效利用從恆星上散發出的無窮無盡的能量，社會已經高度發達，發展趨於高加速式。

需要提到的是如果一個文明到了第二類型，那麼它就幾乎是無可摧毀的了。至少人類現知的一切自然、人為的手段，都無法觸及他們一根毫毛。即使是在他們的附近出現了超新星爆發，也不能讓他們滅亡。他們可以將他們的星系轉移至遠離爆發的恆星，或者乾脆將爆發的能量利用起來。在高度發達的社會下，他們自己也不會做出自我毀滅的舉動。

三級文明：他們已經不侷限於他們的太陽系，而是所在的整個星系，比如我們的銀河系。可利用星系內所有恆星的能量。這類文明已經超出了我們的想象，我們只能猜測他們的生存方式。根據愛因斯坦的相對論，超過光速是理論上不成立的。一個星系很大，從這頭飛到那頭，即使是接近光速的速度也要幾百萬年，所以第三類型文明，並不是像科幻片中那樣，開着碩大的宇宙飛船，穿梭於星際之中。

四級文明：猜測其攝取宇宙中的暗物質和暗能量（兩者佔可視宇宙範圍內質量的約95%）作為他們的能源。至於此類文明的其它方方面面，已是無從想象了。

各等級文明的毀滅方式：

0型 → 自然災害，疾病，戰爭，資源短缺。

0+型 → 極端天氣災害，核戰爭，超級地質活動，超級火山與地震，隕石碰撞。

1型 → 小行星或彗星碰撞，人造智能危機，太陽活動劇變。

1+型 → 人造智能反叛，太陽衰老並膨脹爆發，臨近超新星爆發。

2型 → 星際戰爭。超高能星體爆發。

2+型 → 星系大碰撞。

3型 → 宇宙大爆炸。

3+型 → 意識消散。

（值得一提的是，每個等級文明的輸出功率遠不僅僅限於產生的電力，而是利用多大的能量維持文明的活動，好比説1型文明利用智能人造雲反射，遮蓋或交集太陽光的方式控制地球的氣候以及天氣，那麼陽光的功率：1000瓦1平米就是文明輸出功率之一。）

每上升一個等級，文明“總能量”就增加10¹⁰倍；各等級文明宇宙人造物體的“質量”或“體積”增加10¹⁰倍，人造物體“大小”增加2150倍。

注：2150³ = 10¹⁰

n=當前的等級

[n + 1] = 2150[n]

[n.x + 0.1] = 2.155[n.x]

[n.xx + 0.01] = 1.07975[n.xx]

n=當前的等級

[n + 1] = 10¹⁰[n]

[n.x + 0.1] = 10[n.x]

[n.xx + 0.01] = 1.259[n.xx]

文明1型 = 10¹⁶ 瓦

文明2型 = 10²⁶ 瓦

文明3型 = 10³⁶ 瓦

宇宙人造物總質量：

文明1型 = 千萬噸 ； 10¹⁰ Kg

文明2型 = 十億億噸 ；10²⁰ Kg

文明3型 = 千億兆噸； 10³⁰ Kg

文明1型 = 10⁷ 立方米 0.215立方公里 0.215km × 0.215km × 0.215Km

文明2型 = 10¹⁷立方米 1億立方公里 463km x463Km × 463Km

文明3型 = 10²⁷ 立方米 1百兆立方公里 10⁶Km × 10⁶Km x 10⁶Km

地球人類的指數為0.72，就是説：

人類的輸出功率大約是= 10¹³ × 1.259 × 1.259 = 1.6 × 10¹³瓦

人類0.72型在宇宙中建造的人造物體累積總質量為：越萬噸左右；體積：數千立方米

這些包括了各種在軌人造衞星，探測器，空間站以及實驗室等。

文明1型的宇宙人造物為達數千萬平方公里的空間太陽能陣列，太空城/港，行星際飛船等。

文明2型的宇宙人造物為恆星收集圈，人造星球/星環，星際飛船等。

文明3型的宇宙人造物為星系核收集圈，人造天體，甚至是蟲洞，星系際飛船等。