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18新利 人类距离I型致密并不远处,可能只差300多年

时间:2022-05-13 10:32 点击:120 次

  卡尔达舍夫品级将能愚弄通盘行星、恒星和星系能量的致密分歧分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型致密。现时人类是0.728级致密,按照以往的能量增长速率18新利,咱们约略能在2347年傍边成为I型致密。然则,盲目地愚弄动力可能是个罗网,雕悍发展带来的征象危险可能是六合整个致密的“大过滤器”,为了让人类致密长期发展,咱们必须扶持我方的动力结构。在这种情况下,咱们又将在何时成为I型致密呢?

  撰文 | 王昱

  审校 | 二七

  一个致密的发展是多方面的,人丁、经济、军事、文化、科技等都不错行为权衡致密品级的准绳。但这些方面所代表的频频只是致密的冰山一角,何况难以量化对比。对物理学家这群不想温雅细节的“懒人”而言,通盘致密的能耗便成了最便捷的参数。一方面,它反应了通盘致密愚弄动力的智力,这与通盘致密的人丁、经济与技艺实力息息揣测;另一方面,它又是一个至极具体的数字,不错量化分析。

  这便是卡尔达舍夫品级(Kardashev Scale)出身的逻辑。苏联天体裁家尼古拉·卡尔达舍夫(Николай Кардашёв)在1964年提倡了这个意见,他用能量级将致密分为3个品级:I型、Ⅱ型和Ⅲ型,这些致密分歧不错愚弄一颗行星,一颗恒星和一个星系的能量。

  I型致密是行星级致密。这种致密不错充分愚弄宿主恒星(对人类而言,是太阳)传递到其母星(地球)上的能量,也能充分愚弄这颗行星自身包含的能量(化石动力、核能等),对应的能耗为10¹⁶W。

  Ⅱ型致密是恒星级致密。恒星主要通过发光的模式向别传递能量,太阳向外放射能量的总功率为4×10²⁶W,Ⅱ型致密对应的能耗宗旨就为10²⁶W。把柄E=mc²诡计,相配于每11秒,这个致密就能蹧跶掉西湖水总质地对应的能量。为了网罗这样多动力,Ⅱ型致密可能会建造一些动力巨构,比如戴森球。戴森球上可能还有诡计功能,为了充分愚弄能量,这样的结构以致可能是多层的,一层戴森球的废热不错为下一层戴森球提供能量,造成俄罗斯套娃脑(matryoshka brain)。Ⅱ型致密应该还是支配了一些至极远处的科幻级技艺,比如正反物资湮灭引擎、制造袖珍黑洞等。

  Ⅲ型致密是星系级致密。星河系的总亮度为4×10³⁷W,讨论到通盘星系实在太过深广,只消通盘致密的能耗达到星河系总亮度的2.5%,也便是10³⁶W,咱们就能将它称为Ⅲ型致密。关于这种级别的致密,无意连时空自己都能粗陋操控,它们无意能制造虫洞或超大质地黑洞。这种致密的技艺实力应该还是透彻超出了咱们的领略,咱们应该无法遐想他们领有的技艺。

  卡尔达舍夫品级并不是突破、分立的,它其实不错通过一个对数公式暗示。若是一个致密的沿路动力蹧跶为P,那么这个致密对应的卡尔达舍夫品级K不错暗示为:

  把柄国外动力署的数据,2018年大师动力消费为14 281 889千吨油当量(能量单元,kTOE,kilo ton oil equivalent),约莫为1.90×10¹³W。再由上述公式诡计可得,地球上的人类致密现时属于0.728级致密。

  往时,人类动力消费约莫是按照指数增长的——每年增长的动力消费制造了更多机器,能让咱们鄙人一年蹧跶更多动力。若是只是按照以往的增长率简便狰狞地进行拟合,就能发现咱们约莫能在2347年傍边成为I型致密,在几千年后成为Ⅱ型致密,在几十万年后成为Ⅲ型致密。

  动力的罗网

  不外,这只是一个很和随意的测度。它只是把柄往时人类动力增长率来测度畴昔,并莫得讨论骨子的规则,过于乐观。而且,国外动力署所使用的这个单元让咱们不由得想起一些不妙的事情——化石动力的环境恫吓。虽然只是用石油来等效,然则化石动力当今确确乎实给通盘地球的环境带来了好多危害。正如美国生物学家艾德华·威尔森(Edward Osborne Wilson)曾说的:“人类委果面对的问题是:咱们领有旧石器期间的热沈,中叶纪的轨制和宛若神明的技艺。”咱们的致密也正在濒临严峻的征象危险。以致有人觉得,致密在向I型致密发展的经由便是一个“大过滤器”(Great Filter),增长的动力消费会带来剧烈的征象变化,从而导致致密消释。因此,莫得致密能达到更高的品级——这可能便是“费米悖论”的证实,亦然还莫得外星人和咱们建立揣测的原因。

  当今,意志到征象危险的人类正在尝试规则自身的碳排放。比如,我国就提倡,到2030年寰宇二氧化碳排放量达到峰值;到2060年非化石动力消费比重达到80%以上,寰宇竣事碳中庸。而欧盟诸国和美国等施展国度则策画到2050年竣事碳中庸标的。畴昔的几十年,人类举座的动力结构也许将濒临巨大的转型。

  在这种布景下,咱们必须再行扫视各式动力的变化,再行诡计人类成为I型致密的时期。最近,一个国外商榷团队在预印本网站上公布了他们的商榷结束,他们把柄《蚁集国征象变化框架协议》(UNFCCC)的战略和建议,以及国外动力署(IEA)对畴昔几十年动力蹧跶的预计,拓荒了一个更能干的影响模子,测度人类在此框架下成为I型致密的时期。他们的论断是,若是人类将主要动力扶持为清洁动力,约略能在2371年傍边成为I型致密。

  转型的检会

  模子潜入,若是大师列国都推行我方的答允,那么在2040年代,人类将会快速缩短对化石动力的依赖。到2050年傍边,化石动力的蹧跶会飞速缩短到相对很低的水平。

  (a)、(b)、(c)分歧为人类对煤炭、自然气和原油的消费,玄色为指数模子,红色为影响模子,蓝色为国外动力署历史数据。图片开首:原论文

  在化石动力快速衰减的同期,太阳能、风能、水力、地热等可再纯真力将会基本保管指数发展模式,以致会加快发展弥补减少化石动力带来的缺欠。

  而还有一种遮拦淡薄却颇受争议的动力——核能。国外动力署暗示:“从历史上看,核电一直是大师无碳电力的最大孝敬者之一,何况具有匡助电力行业脱碳的巨大后劲。”往时50年中,核能减少了550亿吨二氧化碳排放,险些相配于人类2年二氧化碳排放的总额。

  但在多数民气中,核电历久是可怕的存在。1986年的切尔诺贝利核事故和2011年的福岛核事故让整个人都心过剩悸,1986年后,大师核电增速减缓,2011年大师核电发电量以致出现了彰着的倒退。就算核电是至极安全的动力,发展速率也不得不受此影响而放缓。按照国外动力署安全数据表(Safety Data Sheet,SDS)的最梦想测度,畴昔核电的年平均增长率约莫为2.47%。

  不同条款下的核能发展情况。黑线为已突出据、红色虚线为不再成就新的核电站、蓝色虚线为只成就策画中的核电站、绿色虚线为按照国外动力署安全数据表策画、成就核电站。图片开首:原论文

  在这种规则下,可再纯真力总量将达到核电的两倍傍边。

  在这样的测度下,全人类的动力蹧跶反而可能会在2030年傍边下落,在2050年傍边到达最低值。这是动力转型的阵痛,但却是咱们转折大师变暖,不让人类堕入“大过滤器”的惟一办法。之后,无意人类的动力消费能总结指数级别增长,在用20~30年完成动力转型的情况下,在2371年傍边,咱们无意能就能安全地成为I型致密。

  虽然卡尔达舍夫品级是个至极口快心直的规则,但它只是故事的一半。咱们自然需要大都动力,但动力的使用效能相同进军。在倡导绿色节能的今天,越来越多拙劣耗的技艺被拓荒了出来,用更少的动力,竣事相同、以致更好的成果。无意,惟有当咱们不需要只是依靠主管的动力来评判致密的范例时,咱们的文理智力获取委果的卓绝。

  参考文件:

  https://www.sciencealert.com/astrophysicists-estimate-when-humanity-could-become-a-type-i-civilization

  https://arxiv.org/abs/2204.07070

  https://www.iea.org/data-and-statistics

  本文转自《环球科学》18新利

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