L'Evoluzione della Civiltà Galattica
La Scala di Kardashev
La scala di Kardashev è un metodo per misurare il livello di avanzamento tecnologico di una civiltà avanzata. La scala è solo teorica e in termini di una vera civiltà è molto speculativa, comunque mette il consumo energetico di una intera civiltà in prospettiva cosmica. Venne inizialmente proposta nel 1964 dall'astronomo Russo Nikolai Kardashev. La scala contiene tre categorie dette Tipo 1, 2 e 3. Sono basate sulla quantità di energia utilizzabile che la civiltà ha a disposizione e al livello di colonizzazione dello spazio. In termini generali, una civiltà di Tipo 1 ha raggiunto il controllo delle risorse del suo pianeta, il Tipo 2 ha raggiunto quello del suo sistema solare e il Tipo 3 della sua Galassia. Includendo i valori in centesimi, la civiltà umana nel 2011 si trova attorno al livello 0.72. I calcoli suggeriscono che potremmo arrivare al Tipo 1 in circa 100-200 anni, al Tipo 2 in alcune migliaia di anni e al Tipo 3 in circa 100.000-1000.000 di anni.
Definizione
Nel 1964 Kardashev ha definito tre livelli di civilizzazione, basandosi sull'ordine di magnitudine della quantità di energia disponibile:
-Tipo 1: una civiltà con una produzione di energia di circa 4x10^12W, "un livello tecnologico vicino a quello raggiunto ora sulla terra (1964)". Questo tipo è stato ridefinito, apparentemente, per indicare una civiltà in grado di controllare tutta l'energia disponibile sul suo pianeta, circa 10^16-10^17W. La Terra nello specifico possiede una energia disponibile di 1.74x10^17W (dominata dalla radiazione solare).
-Tipo 2: una civiltà in grado di controllare tutta l'energia disponibile della sua stella madre, circa 4x10^26W. Il Sole emette circa 3.86x10^26W.
-Tipo 3: una civiltà in grado di controllare tutta l'energia disponibile di una intera Galassia, circa 4x10^37W. Il valore reale è variabile, dato che le galassie variano molto in dimensione.
Metodi della Civiltà di Tipo 1
-Applicazione in larga scala dell'energia da fusione. Secondo l'equivalenza massa-energia, il Tipo 1 implica la conversione di circa 2kg di materia di energia per secondo. Mentre non esiste metodo conosciuto per convertire la materia completamente in energia, un equivalente rilascio di energia potrebbe essere teoricamente raggiunto fondendo circa 280kg di idrogeno in elio per secondo, una media equivalente circa di 8.9x10^9 kg/anno. Un km cubo di acqua contiene circa 10^11kg di idrogeno e gli oceani della Terra contengono circa 1.3x10^9 km cubici di acqua, quindi questa frequenza di consumo potrebbe essere sostenuta in scale temporali geologiche.
-L'antimateria in grandi quantità potrebbe produrre energia in una scala superiore di molti fattori al corrente livello di tecnologia. Nelle collisioni antimateria-materia, l'intera massa a riposo delle particelle viene convertita in energia cinetica. La loro densità di energia (energia rilasciata per massa) è di circa quattro ordini di magnitudine superiore a quella dall'uso di fissione nucleare e di circa due ordini di magnitudine superiore a quella ottenibile al meglio dalla fusione. La reazione di 1 kg di antimateria con 1 kg di materia produrrebbe 1.8x10^17 J di energia. Anche se l'antimateria a volte viene proposta come fonte di energia, al momento non è fattibile. La produzione artificiale di antimateria secondo la corrente comprensione delle leggi della fisica, richiede prima la conversione di energia in massa. L'antimateria prodotta artificialmente è utilizzabile solo come mezzo di conservazione di energia ma non come fonte di energia, finchè futuri avanzamenti tecnologici permetteranno la conversione di materia ordinaria in antimateria.
-L'Energia solare ottenuta tramite conversione di luce solare in elettricità, sia con celle solari che con energia solare concentrata o indirettamente tramite energia eolica e idroelettrica. Al momento non c'è modo conosciuto per utilizzare la totale energia solare assorbita dalla Terra, senza ricoprire completamente la sua superficie con strutture, al momento infattibile. Comunque, se una civiltà costruisse una rete molto grande di satelliti solari spaziali , il livello di Tipo 1 sarebbe raggiungibile.
Metodi della Civiltà di Tipo 2
-Una sfera di Dyson e simili opere, sono megastrutture ipotetiche descritte inizialmente da Freeman Dyson, come sistema di satelliti orbitanti per energia solare, che circonderebbero completamente una stella per catturarne la massima energia disponibile.
-Forse un mezzo più esotico per generare energia utile, sarebbe portare la massa stellare a divenire buco nero e raccogliere i fotoni emessi dal disco di accrescimento. Meno esotico sarebbe semplicemente catturare i fotoni che già sfuggono al disco di accrescimento, riducendo il momento angolare di un buco nero, detto processo di Penrose.
-Lo star lifting è il processo col quale una civiltà avanzata potrebbe rimuovere una sostanziale porzione della materia stellare in modo controllato per altri usi.
-L'antimateria potrebbe essere disponibile come sottoprodotto industriale dall'ingegneria in megascala
-In sistemi stellari multipli con un sufficiente numero di stelle, si potrebbe assorbire una significante frazione dell'energia emessa da ogni stella.
Metodi della Civiltà di Tipo 3
Le civiltà di Tipo 3 possono usare le stesse tecniche impiegate dalla civiltà di Tipo 2, ma applicate a tutte le stelle di una o più galassie. Potrebbero anche ottenere energia rilasciata dai buchi neri supermassicci che esisterebbero al centro di ogni galassia.
Implicazioni
Abbiamo molti esempi storici di una civiltà che passa in transizioni di grande scala, come la Rivoluzione Industriale. La transizione tra i livelli della scala di Kardashev potrebbe potenzialmente rappresentare periodi simili, dove si superano i difficili limiti di risorse disponibili. Una comune speculazione suggerisce che la transizione da Tipo 0 a Tipo 1 sarebbe la più rischiosa, perchè in alcuni scenari, non ci sarebbe più spazio per ulteriore espansione sul pianeta madre della civiltà.
L'eccessivo uso di energia senza adeguato smaltimento del calore, potrebbe rendere il pianeta inabitabile per le forme di vita dominanti. Queste speculazioni teoriche potrebbero non divenire un problema grazie all'applicazione di future tecnologie. Inoltre, la civiltà nel raggiungere il livello di Tipo 1, potrebbe colonizzare altri pianeti o creare colonie di tipo O'Neill e il calore potrebbe essere distribuito nel sistema solare.
Estensione della scala
Zoltan Galantai ha definito una ulteriore estrappolazione della scala, il livello di Tipo IV che controlla la produzione energetica dell'Universo visibile, entro una magnitudine di 10^45W. Tale civiltà si avvicina o sorpassa i limiti della speculazione secono la scienza corrente e potrebbe essere impossibile. Galantai ha ipotizzato che tale civiltà non potrebbe essere rilevata, dato che le sue attività sarebbero indistinguibili dalla natura stessa.
Milan M. #262;irkovi#263; ha ipotizzato che il "Tipo IV" si dovrebbe invece riferire ad una civiltà che controlla l'energia del suo supercluster o "la più grande struttura legata gravitazionalmente in cui si è originata" (10^42W per il Supercluster Locale).
Il Dr.Michio Kaku ha discusso una civiltà di Tipo IV, che potrebbe controllare le fonti di energia "extragalattiche" come l'energia oscura, nel suo libro Parallel Worlds.
Carl Sagan ha suggerito di aggiungere un'altra dimensione, invece che livelli energetici superiori: l'informazione disponibile alla civilizzazione.
Sagan ha assegnato la lettera A per rappresentare 10^6 bit unici di informazione e ogni lettera successiva per rappresentare un aumento di mangitudine, quindi a livello Z una civiltà avrebbe 10^31 bit. In questa classificazione, la civiltà della Terra del 1973 si trova a livello 0.7H, con un accesso a 10^13 bit di informazione. Sagan credeva che nessuna civiltà avesse raggiunto il livello Z, ipotizzando che una quantità tale di informazione unica supererebbe quella di tutte le specie intelligenti in un supercluster galattico e considerando che l'universo non è abbstanza vecchio per scambiare efficacemente l'informazione su distanze superiori. Gli assi di informazione ed energia non sono strettamente interdipendenti, quindi anche una civiltà di livello Z non dovrebbe essere di Tipo 3 nella scala di Kardashev.
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