Jesteśmy zerem. Ludzkość na skali Kardaszewa

Jest kilka takich haseł, które obowiązkowo muszą wybrzmieć podczas każdej debaty na temat życia pozaziemskiego. Obok równania Drake’a i paradoksu Fermiego, bez wątpienia należy do nich skala Kardaszewa.

Spytajmy samych siebie – tak dumnych z własnych osiągnięć – jakie jest nasze miejsce w kosmicznej perspektywie życia?

Robert Jastrow

Jak ocenić cywilizację?

Przypuśćmy, że nie jesteśmy sami we wszechświecie. Co więcej, rozważmy scenariusz, wedle którego kosmos pozostaje usiany pokaźną liczbą cywilizacji technicznych, zamieszkujących tysiące planet w każdej galaktyce. To niezwykle ekscytująca perspektywa. Oznaczałaby bowiem, że prawdopodobnie istnieją gdzieś istoty stojące na poziomie naukowym, technologicznym, a być może również kulturowym – jaki znamy wyłącznie z powieści science-fiction. Takie, które podróżują statkami napędzanymi antymaterią, pozbyły się głodu i chorób, manipulują czasem i przestrzenią, czy nawet pojęły odpowiedź na wielkie pytanie o życie, wszechświat i całą resztę. Z punktu widzenia takiej rasy, ludzie byliby co najwyżej barbarzyńcami lub ciekawostką przyrodniczą.

Ale w zasadzie, skąd wiemy, że jedna cywilizacja jest bardziej zaawansowana od drugiej? Oczywiście czasem różnica aż bije po oczach, jednak poważne rozważania wymagają czytelnej miary. Teoretycznie moglibyśmy przyznawać punkty za poszczególne odkrycia i wynalazki, lecz na dłuższą metę taka metoda byłaby to dość karkołomna i dyskusyjna. No bo jak uczciwie ocenić wartość poszczególnych osiągnięć? Poza tym, jeżeli zechcemy skonfrontować ze sobą dwie supernowoczesne cywilizacje, ich osiągnięcia mogą wymykać się poza nasze pojmowanie. A nie możemy przecież ocenić i porównać czegoś czego nie rozumiemy. Chcąc podejść do sprawy z naukowym zacięciem, musimy zatem skroić klasyfikację opartą o klarowne, obiektywne i możliwe do zmierzenia kryterium. Takie, które prawdopodobnie dotyczy każdej cywilizacji technicznej i pozwoli na przeprowadzenie jasnych linii podziału.

Na przestrzeni dekad pojawiło się kilka propozycji hierarchizowania potencjalnych cywilizacji pozaziemskich, ale pod strzechy trafiła tylko jedna, autorstwa Nikołaja Kardaszewa (część opracowań używa formy Kardaszowa). Była to zaskakująco prosta, ale rozsądna i praktyczna klasyfikacja sformułowana w 1964 roku przez stojącego u progu wielkiej kariery absolwenta Uniwersytetu Moskiewskiego. 32-latek dokonał podziału hipotetycznych cywilizacji na trzy typy (cztery, jeżeli doliczymy typ “zerowy”), gdzie za kryterium przyjął ilość generowanej energii. Bardzo proste, prawda? Kardaszew wyszedł od słusznego założenia, że tym co niezmiennie, w każdych warunkach będzie odróżniało cywilizację rozwiniętą od prymitywnej – są jej potrzeby energetyczne.

Nikołaj Kardaszow
Nikołaj Siemionowicz Kardaszew, zmarły w sierpniu 2019 roku.

Widać to doskonale na naszym własnym przykładzie. W ciągu ostatniego półwiecza ludzkość zdecydowanie poszerzyła granice nauki – m.in. dobierając się do potencjału drzemiącego w jądrze atomu oraz rozpoczynając eksplorację Układu Słonecznego – jednocześnie potrajając podaż energii. To bardzo naturalna korelacja. Większa wiedza oznacza dostęp do nowych źródeł energii, z kolei większa energia stymuluje nowe odkrycia (akceleratory cząstek elementarnych mogą wyglądać jak zwykłe rury, ale żrą naprawdę sporo prądu). Jeśli gdzieś we wszechświecie żyją istoty znacznie inteligentniejsze, budujące swoje światy od dziesiątków lub setek tysięcy lat – niemal na pewno konsumują absurdalne porcje energii, pozyskiwane ze źródeł o jakich obecnie nawet nie marzymy.

Trzy typy

Idąc tym tokiem rozumowania Nikołaj Kardaszew wyróżnił trzy fazy rozwoju cywilizacji technicznych. Zauważcie przy tym, że pomiędzy każdą z nich a kolejną zionie kolosalna przepaść tysięcy, może nawet milionów lat technologicznej ewolucji. Cywilizacja typu I jest więc bardzo prymitywna w zestawieniu z typem II, zaś typ II to pospolite dzikusy na tle typu III.

Typ I
Mówiąc najprościej mowa o cywilizacji potrafiącej wykorzystać całą energię, jaka jest dostępna na jej macierzystej planecie oraz energię docierającą do jej powierzchni. Ludzkość stoi właśnie u progu typu I (o czym później), powoli raczkując w temacie geotermii, energii pływów, wiatru i przede wszystkim promieni słonecznych. Jak widać na naszym przykładzie, na przejście od społeczności zbieracko-łowieckiej do tego pułapu, może nie wystarczyć 10 tysięcy lat. Dla nas to cała historia, ale z kosmicznej perspektywy minęła zaledwie krótka chwila.

Typ II
Nawet gdybyśmy posiadali sposób na pochwycenie 100% promieni słonecznych dochodzących do Ziemi, nadal byłby to tylko mikry ułamek światła i ciepła wypromieniowywanych przez naszą gwiazdę, podczas gdy reszta ulega zmarnotrawieniu przez rozproszenie w przestrzeni kosmicznej. Kardaszew założył, że gatunek, który opuści macierzystą planetę i skolonizuje własny układ planetarny, prędzej czy później odnajdzie sposób na efektywne wychwytywanie całej lub chociaż większej części energii generowanej przez swoją gwiazdę. Taka cywilizacja mogłaby korzystać z ogromnych konstrukcji lub zespołu urządzeń otaczających jej słońce. Koncept takiej sfery przedstawił jeszcze przed Kardaszewem znakomity amerykański fizyk, Freeman Dyson.

Typ III
Kolejna faza to wojaże międzygwiezdne, osiedlanie się w obcych układach planetarnych i wykorzystywanie potencjału wielu gwiazd. Typ III w pełnej okazałości dysponowałby energią porównywalną z osiągami całej galaktyki. W przypadku Drogi Mlecznej oznacza to panowanie nad dwustoma miliardami (!) gwiazd. Sfery Dysona byłyby w tym przypadku czymś pospolitym, a być może powstałaby również jej bardziej zaawansowana wersja, otaczająca galaktyczne jądro i centralną czarną dziurę. Kiedy astronomowie odkryli pierwsze zaskakująco potężne błyski oddalonych o miliardy lat świetlne kwazarów, początkowo upatrywali w nich śladów działalności supercywilizacji typu III.

Chciałbym też zwrócić waszą uwagę na jeden szczegół, który jest często błędnie interpretowany. Aby cywilizacja osiągnęła dany poziom, nie musi obowiązkowo korzystać z przedstawionych wyżej źródeł energii – wystarczy ich ekwiwalent. Przykładowo, typ II może zaistnieć bez sfery Dysona i wyłapywania stu procent promieniowania swojego słońca – jeżeli tylko odnajdziemy inne, ale równie wydajne sposoby pozyskiwania mocy. Kardaszew odwołał się w swojej skali do gwiazd i galaktyk, tylko po to aby dobrać wygodne (zwłaszcza dla astronomów) wartości progowe. Traktujmy je więc jako rodzaj wzorca i przykład, a nie jako warunek.

Rozwój ludzkości na skali Kardaszewa

Ale po co nam taka skala?

No dobrze, ale komu właściwie potrzebna jest taka skala i dlaczego poważni uczeni pochylają się nad tak niepoważnymi tematami? Jestem pewny, że w głowach części z was tlą się podobne wątpliwości.

Wbrew pozorom skala Kardaszewa nie powstała dla zgrywy czy jako efekt bezproduktywnego bujania w obłokach. Koncepcja sowieckiego astronoma pochodzi z lat 60. – epoki wyścigu kosmicznego oraz początków zorganizowanych programów poszukiwania inteligencji pozaziemskiej. To właśnie wtedy Frank Drake i Carl Sagan inicjowali projekt OZMA (poprzednik SETI), a Józef Szkłowski – nauczyciel Kardaszewa – kładł podwaliny pod nowoczesną radioastronomię. Był to również czas pierwszych w pełni naukowych sporów o strategię kosmicznych poszukiwań. Badacze zdawali sobie sprawę, że nawet jeżeli cywilizacji technicznych jest we wszechświecie od groma, prawdopodobieństwo nawiązania kontaktu z którąkolwiek z nich pozostaje niepokojąco (uspokajająco?) nikłe. Rozbitek dryfujący na tratwie pośrodku Pacyfiku, ma bez porównania większą szansę na przypadkowe spotkanie ekskluzywnego jachtu, niż ziemskie anteny na wyłapanie sygnału od obcych.

Aby zapewnić sobie jakiekolwiek szanse powodzenia, należy więc skonkretyzować przedmiot badań. Czy powinniśmy obserwować całe niebo i tysiące gwiazd licząc na uchwycenie wyjątkowo donośnego krzyku obcych? A może lepiej skupić się na najbliższym sąsiedztwie, nasłuchując najcichszego szeptu? To poważny dylemat, ponieważ od odpowiedzi zależy kierunek inwestycji, kalibracja sprzętu i dobór obiektów badań. Inaczej poszukuje się słabego sygnału radiowego dobiegającego z układu Alfa Centauri, a inaczej wypatruje potężnego błysku, mającego źródło w odległej galaktyce.

Konferencja w Biurakanie

Nikołaj Kardaszew pragnął usystematyzować tę dyskusję i wprowadzić do świeżej dziedziny nieco porządku. Jego skala była po prostu wygodna i choć nie od razu, to w końcu zyskała międzynarodową akceptację. Stało się to podczas jednej z najważniejszych konferencji poświęconych życiu pozaziemskiemu, zorganizowanej jesienią 1971 roku w Biurakanie w Armeńskiej SRR. Gospodarze popisali się rozmachem. Poza ekspertami w dziedzinie badań kosmicznych – jak Frank Drake, Phil Morisson i Carl Sagan – Sowieci ugościli również gigantów innych dziedzin, w tym współodkrywcę struktury DNA Francisa Cricka oraz wynalazcę masera Charlesa Townesa.

Zgromadzeni uczeni potrafili stanąć ponad politycznymi podziałami, wymieniając bezlik spostrzeżeń i nawiązując serdeczne stosunki. Jednym z ważniejszych punktów programu okazało się wystąpienie Franka Drake’a. Do tej pory Amerykanie skoncentrowali byli na obserwacjach Tau Ceti i Epsilon Eridani, a więc potencjalnych domach pobliskich cywilizacji typu I. Architekt programów badawczych OZMA i SETI przyznał, że skupianie się na sąsiednich gwiazdach nie zdało egzaminu i zasugerował przeniesienie ciężaru badań na centrum Drogi Mlecznej. Przy tej okazji wykonał ukłon w stronę Kardaszewa:

Dokonana przez doktora Kardaszewa klasyfikacja typów cywilizacji dostarcza przesłanek do rozważnego wyboru strategii poszukiwań. Właściwa strategia zależy bowiem od maksymalnej ilości energii, którą dysponuje cywilizacja, i od ułamka tych cywilizacji, które wypromieniowują naprawdę duże ilości energii.

Frank Drake

Było to prawdopodobnie pierwsze publiczne odwołanie się do skali Kardaszewa przez uczonego z zachodu. Niedługo później – przy pomocy Sagana i Drake’a – klasyfikacja ukuta przez sowieckiego naukowca obiegła cały glob, aby w końcu zacząć przesiąkać do popkultury. Wielką rolę odegrali tu mistrzowie pióra, na czele z wielkim Izaakiem Asimovem. Autor cyklu “Fundacja” (notabene, zarysował w niej cywilizację typu III) pokusił się nawet o rozszerzenie skali o kolejne typy. Idąc logiką Kardaszewa, cywilizacja typu IV panowałaby nad energią tysięcy galaktyk i swobodnie przemierzała cały widzialny wszechświat. Z kolei cywilizacje w V fazie rozwoju czerpałyby energię z całych wszechświatów, rzecz jasna przy założeniu, że funkcjonujemy w realiach większego multiwersum. Oczywiście z punktu widzenia tak potężnych istot, ludzie byliby czymś w rodzaju insektów.

Na szczęście, niewiele wskazuje na to, aby cały nasz wszechświat był zaledwie czyimś generatorem prądu (kto pamięta jak napędzany był pojazd Ricka Sancheza, ten wie co mam na myśli). Dlatego dodatkowe poziomy skali Kardaszewa możemy postrzegać jako ciekawostkę i intelektualną zabawę.

Między zerem a jedynką

A co z mieszkańcami małej, błękitnej kropki? Gdzie na skali Kardaszewa umieścilibyśmy samych siebie? Proste stwierdzenie, że jesteśmy cywilizacją techniczną typu 0 należy traktować z pewnym dystansem. Nie jest przecież tak, że cywilizacje dokonują nagłych skoków i po osiągnięciu określonego pułapu energetycznego doznają magicznego awansu na wyższy poziom rozwoju. Wszystko jest płynne, a ludzkość pokonała już sporą część drogi prowadzącej do upragnionej “jedynki”. Jak wiele nam jeszcze brakuje?

Skala Kardaszewa

Spokojnie, nie jesteśmy tu zdani na jałowe spekulacje. Potrafimy wszakże oszacować ile energii dociera do powierzchni przeciętnej planety, ile energii wypromieniowuje zwykła gwiazda, a także jak wiele energii produkują wszystkie gwiazdy w standardowej galaktyce. Wszystko to możemy wyrazić liczbowo, w dżulach, czy jeszcze lepiej w watach. A skoro tak, to kolejne progi naszej skali również można opatrzyć konkretnymi wartościami. Podjął się tego sam Carl Sagan, który wzbogacił koncepcję Kardaszewa o autorskie równanie, uwzględniające założenie, że z czasem potrzeby energetyczne rosną coraz szybciej. W momencie publikacji swojej pracy w 1973 roku, Sagan ocenił stopień zaawansowania Ziemian na 0,7 w skali Kardaszewa. Obecnie, w momencie gdy wszystkie ziemskie elektrownie wytwarzają około 19 terawatów mocy, wskaźnik ten wynosi 0,72.

Musimy przy tym pamiętać, że nadal trochę “oszukujemy”, ponieważ, wbrew wizji Nikołaja Kardaszewa, wciąż polegamy na tym, co najmniej efektywne – wyczerpując ogromne ilości ograniczonych zasobów paliw kopalnych. Zmiany są jednak widoczne i jeżeli nic poważnie nie zachwieje naszym rozwojem, prawdopodobnie zdołamy doczłapać do rangi cywilizacji typu I. Optymiści sugerują, że potrwa to nieco ponad dwa stulecia, bardziej realna wydaje się jednak perspektywa czterystu lub pięciuset lat.

Literatura uzupełniająca:
F. Drake, D. Sobel, Czy jest tam kto? Nauka w poszukiwaniu cywilizacji pozaziemskich, przeł. E. Bielicz, Warszawa 1996;
S. Dick, Życie w innych światach. Dwudziestowieczna debata nad życiem pozaziemskim, przeł. D. Czyżewska, Warszawa 2004;
M. Kaku, Wizje, czyli jak nauka zmieni świat w XXI wieku, przeł. K. Pesz, Warszawa 1997;
C. Sagan, The Cosmic Connection. An Extraterrestrial Perspective, Nowy Jork 1973;
H. Kanchwala, Kardashev Scale: How Can We Measure Technological Advancement Of A Civilization?, [online: www.scienceabc.com/nature/universe/what-is-kardashev-scale.html].
Podążając za Saganem: kto jest reprezentantem ludzkości? Cosmos deGrassa Tysona – pierwsze wrażenia Po co nam Bóg?