人類距離I型文明並不遙遠，可能只差300多年

卡爾達舍夫等級將能利用整個行星、恆星和星系能量的文明分別分爲I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。目前人類是0.728級文明，按照以往的能量增長速率，我們大概能在2347年左右成爲I型文明。但是，盲目地利用能源可能是個陷阱，野蠻發展帶來的氣候危機可能是宇宙所有文明的“大過濾器”，爲了讓人類文明長久發展，我們必須轉換自己的能源結構。在這種情況下，我們又將在何時成爲I型文明呢？

撰文 | 王昱

審校 | 二七

一個文明的發展是多方面的，人口、經濟、軍事、文化、科技等都可以作爲衡量文明等級的準繩。但這些方面所代表的往往只是文明的冰山一角，並且難以量化對比。對物理學家這羣不想關注細節的“懶人”而言，整個文明的能耗便成了最方便的參數。一方面，它反映了整個文明利用能源的能力，這與整個文明的人口、經濟與技術實力息息相關；另一方面，它又是一個非常具體的數字，可以量化分析。

這就是卡爾達舍夫等級（Kardashev Scale）誕生的邏輯。蘇聯天文學家尼古拉·卡爾達舍夫（Николай Кардашёв）在1964年提出了這個概念，他用能量級將文明分爲3個等級：I型、Ⅱ型和Ⅲ型，這些文明分別可以利用一顆行星，一顆恆星和一個星系的能量。

I型文明是行星級文明。這種文明可以充分利用宿主恆星（對人類而言，是太陽）傳遞到其母星（地球）上的能量，也能充分利用這顆行星自身包含的能量（化石能源、核能等），對應的能耗爲10¹⁶W。

Ⅱ型文明是恆星級文明。恆星主要通過發光的方式向外傳遞能量，太陽向外輻射能量的總功率爲4×10²⁶W，Ⅱ型文明對應的能耗指標就爲10²⁶W。根據E=mc²計算，相當於每11秒，這個文明就能消耗掉西湖水總質量對應的能量。爲了收集這麼多能源，Ⅱ型文明可能會建造一些能源巨構，比如戴森球。戴森球上可能還有計算功能，爲了充分利用能量，這樣的結構甚至可能是多層的，一層戴森球的廢熱可以爲下一層戴森球提供能量，形成俄羅斯套娃腦（matryoshka brain）。Ⅱ型文明應該已經掌握了一些非常遙遠的科幻級技術，比如正反物質湮滅引擎、製造小型黑洞等。

Ⅲ型文明是星系級文明。銀河系的總亮度爲4×10³⁷W，考慮到整個星系實在太過龐大，只要整個文明的能耗達到銀河系總亮度的2.5%，也就是10³⁶W，我們就能將它稱爲Ⅲ型文明。對於這種級別的文明，或許連時空本身都能隨意操控，它們或許能製造蟲洞或超大質量黑洞。這種文明的技術實力應該已經完全超出了我們的認知，我們應該無法想象他們擁有的技術。

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爲P，那麼這個文明對應的卡爾達舍夫等級K可以表示爲：

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

過去，人類能源消費大約是按照指數增長的——每年增長的能源消費製造了更多機器，能讓我們在下一年消耗更多能源。如果僅僅按照以往的增長率簡單粗暴地進行擬合，就能發現我們大約能在2347年左右成爲I型文明，在幾千年後成爲Ⅱ型文明，在幾十萬年後成爲Ⅲ型文明。

能源的陷阱

不過，這只是一個很粗略的估計。它只是根據過去人類能源增長率來估計未來，並沒有考慮實際的限制，過於樂觀。而且，國際能源署所使用的這個單位讓我們不由得想起一些不妙的事情——化石能源的環境威脅。雖然只是用石油來等效，但是化石能源現在確確實實給整個地球的環境帶來了很多危害。正如美國生物學家艾德華·威爾森（Edward Osborne Wilson）曾說的：“人類真正面對的問題是：我們擁有舊石器時代的情感，中世紀的制度和宛若神明的技術。”我們的文明也正在面臨嚴峻的氣候危機。甚至有人認爲，文明在向I型文明發展的過程就是一個“大過濾器”（Great Filter），增長的能源消費會帶來劇烈的氣候變化，從而導致文明滅亡。因此，沒有文明能達到更高的等級——這可能就是“費米悖論”的解釋，也是還沒有外星人和我們建立聯繫的原因。

現在，意識到氣候危機的人類正在嘗試限制自身的碳排放。比如，我國就提出，到2030年全國二氧化碳排放量達到峯值；到2060年非化石能源消費比重達到80%以上，全國實現碳中和。而歐盟諸國和美國等發達國家則計劃到2050年實現碳中和目標。未來的幾十年，人類整體的能源結構也許將面臨巨大的轉型。

在這種背景下，我們必須重新審視各種能源的變化，重新計算人類成爲I型文明的時間。最近，一個國際研究團隊在預印本網站上公佈了他們的研究結果，他們根據《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）的政策和建議，以及國際能源署（IEA）對未來幾十年能源消耗的預測，開發了一個更詳細的影響模型，估計人類在此框架下成爲I型文明的時間。他們的結論是，如果人類將主要能源轉換爲清潔能源，大概能在2371年左右成爲I型文明。

轉型的考驗

模型顯示，如果全球各國都履行自己的承諾，那麼在2040年代，人類將會快速降低對化石能源的依賴。到2050年左右，化石能源的消耗會迅速降低到相對很低的水平。

（a）、（b）、（c）分別爲人類對煤炭、天然氣和原油的消費，黑色爲指數模型，紅色爲影響模型，藍色爲國際能源署歷史數據。圖片來源：原論文

在化石能源快速衰減的同時，太陽能、風能、水力、地熱等可再生能源將會基本維持指數發展模式，甚至會加速發展彌補減少化石能源帶來的漏洞。

而還有一種不容忽視卻頗受爭議的能源——核能。國際能源署表示：“從歷史上看，核電一直是全球無碳電力的最大貢獻者之一，並且具有幫助電力行業脫碳的巨大潛力。”過去50年中，核能減少了550億噸二氧化碳排放，幾乎相當於人類2年二氧化碳排放的總和。

但在多數人心中，核電始終是可怕的存在。1986年的切爾諾貝利核事故和2011年的福島核事故讓所有人都心有餘悸，1986年後，全球核電增速減緩，2011年全球核電發電量甚至出現了明顯的倒退。就算核電是非常安全的能源，發展速度也不得不受此影響而放緩。按照國際能源署安全數據表（Safety Data Sheet，SDS）的最理想估計，未來核電的年平均增長率大約爲2.47%。

不同條件下的核能發展情況。黑線爲已有數據、紅色虛線爲不再建設新的核電站、藍色虛線爲只建設規劃中的核電站、綠色虛線爲按照國際能源署安全數據表規劃、建設核電站。圖片來源：原論文

在這種限制下，可再生能源總量將達到核電的兩倍左右。

在這樣的估計下，全人類的能源消耗反而可能會在2030年左右下降，在2050年左右到達最低值。這是能源轉型的陣痛，但卻是我們阻止全球變暖，不讓人類陷入“大過濾器”的唯一辦法。之後，或許人類的能源消費能迴歸指數級別增長，在用20~30年完成能源轉型的情況下，在2371年左右，我們或許能就能安全地成爲I型文明。