Escala de Kardashov

Proyecciones en la escala de Kardashov de la civilización humana, desde los años 1900 a 2030, basado en los datos de la Agencia Internacional de Energía World Energy Outlook.

La escala de Kardashov es un método propuesto en 1964 por el astrofísico ruso Nikolái Kardashov para medir el grado de evolución tecnológica de una civilización.​ Tiene tres categorías, llamadas Tipo I, II y III, basadas en la cantidad de energía utilizable que una civilización tiene a su disposición, que se incrementan de manera exponencial. Estas categorías también están basadas en el grado de colonización del espacio. En términos generales, una civilización de Tipo I ha logrado el dominio de los recursos de su planeta de origen, Tipo II de su sistema planetario, y Tipo III de su galaxia.​​

La civilización humana se encuentra actualmente (año 2016) alrededor de 0,72, con los cálculos que sugieren que podemos alcanzar el estado de Tipo I en unos 100-200 años, de Tipo II en unos cuantos miles de años, y de Tipo III entre un 100.000 a un millón de años.​

Uso de energía

La energía es una cantidad estática y se denota en julios. La potencia es una medida de transferencia de energía a través del tiempo, y se denota en vatios (julios por segundo). Los tres niveles de la Escala de Kardashov se pueden cuantificar en unidades de potencia (vatios) y se representan en una escala creciente logarítmica.

• Tipo I - Una civilización que es capaz de aprovechar toda la potencia disponible en un único planeta, aproximadamente 10¹⁶ W. La cifra puede ser bastante variable; la Tierra tiene una energía disponible de 1,74×10¹⁷ W. La definición original de Kardashov era de 4×10¹² W. (Kardashov definió originalmente el Tipo I como "el nivel tecnológico cercano al nivel presente hoy en día en la Tierra", con "hoy en día" refiriéndose a 1964).

• Tipo II - Una civilización que es capaz de aprovechar toda la potencia disponible de una única estrella, aproximadamente 10²⁶ W. De nuevo, la cifra puede ser variable; el Sol emite aproximadamente 3,86×10²⁶ W. La cifra que daba Kardashov era de 4×10²⁶ W.

• Tipo III - Una civilización que es capaz de aprovechar toda la potencia disponible de una sola galaxia, aproximadamente 10³⁷ W. Esta cifra es extremadamente variable, ya que las galaxias tienen un rango de tamaños muy amplio. La cifra original de Kardashov fue de 4×10³⁷ W.

Todas estas civilizaciones son totalmente hipotéticas hoy en día, y, aunque la escala se usa por científicos del SETI, también lo usan autores de ciencia ficción y futuristas como marco de trabajo teórico.

Situación actual de la civilización humana

El físico teórico Michio Kaku sugiere que los seres humanos podríamos alcanzar el Tipo I en 100-200 años, y el Tipo II en algunos miles de años, y el Tipo III entre 100.000 a un millón de años.​

La civilización humana está, ahora mismo, en algún lugar muy por debajo del Tipo I, ya que solo es capaz de aprovechar una fracción de la energía disponible en la Tierra. Así pues, el estado actual de la civilización humana ha sido denominado como Tipo 0. Aunque los tipos intermedios no fueron expuestos en la propuesta original de Kardashov, Carl Sagan determinó que podían ser fácilmente definidos mediante la interpolación y extrapolación de los valores dados arriba. En 1973, Sagan calculó que la humanidad es una civilización de tipo 0,7, en relación con el modelo de Kardashov para los tipos 0 y I.

Sagan usó la fórmula

$K={\frac {\log _{10}{W}-6}{10}}$

siendo K, el tipo de civilización de Kardashov y W la potencia aprovechada en vatios. Nótese que los numerales romanos deben ser utilizados para la parte entera del tipo de civilización, mientras que la parte fraccional se escribe en decimal. Sagan utilizó 10 teravatios (TW) como el valor de W de la humanidad para el año 1973, algo que fue ligeramente superior a la de los datos conocidos en la actualidad. ​

En 2012, el total de consumo y recursos energéticos a nivel mundial fue 553 exajulios (553×1018 J=153,611 TWh)​esto es en promedio equivalente a un consumo de energía de 17,54 TW (o 0.724 en la en la Escala Kardashov de Sagan.)

Evidencia empírica

En 2015, un estudio de emisiones galácticas infrarrojas medias llegó a la conclusión de que las "civilizaciones de Kardashov Tipo III son muy poco comunes o no existen en el universo".​ El 14 de octubre de 2015 el descubrimiento de un extraño patrón de luz de estrella que rodea la estrella KIC 8462852 ha levantado especulaciones de que una Esfera de Dyson pudo haber sido descubierta. ​​​​​

Fuentes de energía

Civilización Tipo I

• Aplicación a gran escala de la energía de fusión: de acuerdo con la equivalencia entre masa y energía, el Tipo I implica la conversión de 2 kg. de materia en energía por segundo. Una liberación de energía equivalente podría, teóricamente, ser alcanzada por la fusión de aproximadamente 280 kg de hidrógeno en helio por segundo​, es decir, a una tasa equivalente a 8.9×10⁹ kg/año. Un kilómetro cúbico de agua contiene 10¹¹ kg. de hidrógeno, y los océanos de la Tierra contienen 1.3×10⁹ km. cúbicos de agua, por lo tanto los humanos en la Tierra pueden sostener esta tasa de consumo por escalas de tiempo geológicas.
• La antimateria en grandes cantidades tendría un mecanismo para producir energía a una escala muy superior al nivel actual de nuestra tecnología. En las colisiones de antimateria-materia, toda la masa invariante de las partículas es convertida en energía electromagnética. Su densidad energética (energía liberada por masa) es casi 4 veces más grande que la usada por la fisión nuclear y 2 veces la magnitud del mejor rendimiento posible de una fusión nuclear.​ La reacción de 1 [kg] de antimateria con un 1 kg de materia produciría 1.8×10¹⁷ J (180 petajulios) de energía. ​ A pesar de que la antimateria es, a veces, propuesta como una fuente de energía, esto no es factible. La antimateria producida artificialmente -de acuerdo al entendimiento actual de las leyes de la física- implica primero la conversión de energía en masa, por lo que no hay resultados netos de ganancia. Crear antimateria artificial es solo utilizable como medio de almacenamiento de energía, no como una fuente de energía, a menos que el futuro desarrollo tecnológico (contrario a la conservación del número bariónico, y una violación CP a favor de la antimateria) permita la conversión de materia ordinaria a antimateria. Teóricamente, en el futuro los humanos podrían tener la capacidad de cultivar y cosechar una serie de fuentes naturales de antimateria.​​​
• La energía renovable, a través de la conversión de luz solar en electricidad – ya sea mediante células fotoeléctricas o energía termosolar de concentración o indirectamente a través del viento o la energía hidroeléctrica o el uso intensivo de la conversión del gradiente térmico oceánico, aerogeneradores y energía maremotriz para extraer y aprovechar la energía recibida por el océano terrestre por parte del Sol. No existe ninguna forma conocida para la civilización humana para usar el equivalente de energía solar absorbida por la Tierra sin recubrir completamente la superficie con estructuras hechas por el hombre, lo que no es posible con la tecnología actual. Sin embargo, si la civilización construye grandes satélites de energía solar espacial, los niveles de energía del Tipo I podrían ser alcanzables.

Figura de una esfera de Dyson de tipo enjambre rodeando una estrella

Civilización Tipo II

Las civilizaciones del Tipo II pueden utilizar las mismas técnicas usadas por las civilizaciones Tipo I, pero aplicadas a un gran número de planetas en muchos sistemas solares.

• Una esfera de Dyson y construcciones similares son megaestructuras hipotéticas originalmente descritas por Freeman Dyson como un sistema de satélites de energía solar destinados a encerrar a una estrella y capturar la mayor parte o la totalidad de su producción de energía.​
• Una forma más exótica de generar energía utilizable sería alimentar una masa estelar en un agujero negro con masa estelar para genera energía reutilizable, y recoger los fotones emitidos por el disco de acrecimiento.​​ Un poco menos raro sería simplemente capturar los fotones que escapan del disco de acrecimiento, reduciendo así el momento angular de un agujero negro, más conocido como el proceso Penrose.
• La elevación de las estrellas es un proceso donde una civilización avanzada podría eliminar una parte sustancial de la materia de una estrella de una manera controlada para otros usos, es decir utilizar toda la emisión de energía de una estrella.
• La antimateria es la mayoría de las veces producida como un subproducto de una serie de procesos de ingeniería de gran escala (como la ya mencionada elevación de una estrella), y por lo tanto puede ser reciclada.
• En múltiples sistemas estelares con un número suficiente estrellas, que absorban una pequeña pero significativa fracción de la emisión de cada estrella individual.
• También es posible que hayan desarrollado fuentes de energía aún desconocidas.

Civilización Tipo III

Un ejemplo común de una civilización ficticia capaz de alcanzar el Tipo III es el Imperio Galáctico que aparece en muchas obras de space opera. Estas civilizaciones utilizan la energía de una manera masiva, generalmente entre el Tipo II y III. Las civilizaciones del Tipo III pueden utilizar las mismas técnicas usadas por las civilizaciones Tipo II, pero aplicadas a todas las estrellas posibles en una o más galaxias individuales. ​

• Además son capaces de aprovechar la energía liberada de un agujero negro supermasivo los cuales se cree que existen en el centro de la mayoría de las galaxias.
• Los agujeros blancos, si existiesen, teóricamente podrían proporcionar grandes cantidades de energía de la recolección de la materia expulsada al exterior.
• La captura de energía del brote de rayos gamma es otra fuente, teórica, posible de energía para una civilización altamente avanzada.
• La emisión de los cuásar puede ser fácilmente comparable a las pequeñas galaxias activas, y podrían proveer una fuente masiva de energía

Implicaciones en la civilización

Hay muchos ejemplos históricos de civilizaciones humanas sometidas a transiciones de gran escala, como la Revolución industrial. La transición entre los niveles de la escala de Kardashov podría, potencialmente, representar períodos igualmente dramáticos de convulsión social, ya que implica la superación de los límites de disponibilidad de los recursos en el territorio actual de la civilización. Una especulación común ​ sugiere que la transición desde el Tipo 0 a la civilización Tipo I podría traer consigo un riesgo muy potente de autodestrucción, ya que, en algunos escenarios, podría no haber espacio para una expansión en el planeta de origen de la civilización, como una catástrofe malthusiana. El uso excesivo de energía sin la eliminación adecuada de calor, podría, por ejemplo, hacer que una civilización que se acerca al Tipo I se haga inadecuada para el desarrollo de la biología de las formas de vida dominantes y sus fuentes de alimento. Si en la Tierra, por ejemplo, la temperatura de los océanos excediera los 35 C se pondría en peligro la vida marina y además haría que el enfriamiento de los mamíferos a temperaturas adecuadas para su metabolismo fuera muy difícil, sino imposible. Por supuesto que estas especulaciones podrían no ser un problema en la realidad gracias a la evolución o la aplicación en el futuro de la ingeniería y la tecnología. Además, en el momento en que una civilización alcanza el Tipo I podría haber colonizado otros planetas o haber creado un cilindro de O'Neill por lo que el calor residual podría ser ser distribuido en todo el sistema solar.

Se han propuesto varias extensiones de la escala, incluyendo una gama más amplia de niveles de potencia (tipos 0, IV y V) y el uso de métricas distintas de poder puro.

• La escala más hipotética del Tipo IV es la de seres que pueden controlar o utilizar la totalidad del universo o de tipo V que controlan colecciones de universos. La potencia del universo visible está dentro de algunos órdenes de magnitud de 10 ⁴⁵  W. Tal civilización se acerca o sobrepasa los límites de la especulación basada en los conocimientos científicos actuales, y puede no ser posible.
  • Zoltán Galántai ha argumentado que tal civilización no puede ser detectada, ya que sus actividades serían indistinguibles de las obras de la naturaleza.
• (Michio Kaku): En su libro Universos Paralelos , ha discutido una civilización de tipo IV (Extragaláctica que podrían aprovechar las fuentes de energía "extra-galácticos", tales como la energía oscura. Una civilización tipo IV podría colonizar todo el universo (si fuera cerrado), incluso serían capaces de manipular las estructuras del universo en las escalas más grandes.
• Aun más especulativo es la Tipo V (Ω) que controlaría colecciones de universos o podrían crear nuevos universos. El físico Alan Guth del MIT, uno de los creadores de la teoría del universo inflacionario, incluso ha calculado la energía necesaria para crear un universo bebé en el laboratorio (la temperatura es de 1.000 billones de grados, que se encuentra dentro del rango de estas civilizaciones hipotéticas) .

• Elemento de lista de viñetas

Una civilización Tipo I (Planetaría) extrae la energía de su planeta de origen, podría controlar el clima, los terremotos y la fuerza de los volcanes.

• Elemento de lista de viñetas

Una tipo II (Estelar) podría extraer toda la energía de una o más estrellas.

• Elemento de lista de viñetas

Una tipo III (Galáctica) podría aprovechar la energía de una galaxia entera.

Se ha sugerido que una civilización muy avanzada en la escala Kardashov tipo III podría manipular el espacio-tiempo a través de agujeros de gusano y utilizarlos como "máquinas del tiempo", técnicamente hablando "máquinas de CTC" o para el uso de viajes interestelares.

• Elemento de lista de viñetas

Una Tipo IV (Extra-galáctica) extrae la energía de todo un universo. Michio Kaku ha especulado que una civilización en transición del tipo III al IV tendría que aprovecha de alguna forma la energía oscura.

• Elemento de lista de viñetas

Una tipo V (Omega)controla la energía de uno o más Universos (Multiverso) Podría alcanzar el Punto Omega, la construcción de un Generador de Realidad Virtual Universal de Turing. Ver "The Fabric Of Reality" de David Deutsch o la física de la inmortalidad de Frank J. Tipler.

-De existir otras civilizaciones en el Universo, éstas podrían seguir dicha mecánica evolutiva alcanzando el Punto Omega.

Críticas

Ha sido argumentado que debido a que no podemos entender a las civilizaciones avanzadas, no podemos predecir su comportamiento. Por lo tanto, la escala de Kardashov no es relevante o útil para clasificar civilizaciones extraterrestres. Este argumento puede encontrarse en el libro Evolving the Alien: The Science of Extraterrestrial Life.​ del biólogo Jack Cohen y el matemático Ian Stewart.

Véase también

• Leyes de Clarke
• Ecuación de Drake
• KIC 8462852
• Consumo y recursos energéticos a nivel mundial
• Anexo:Órdenes de magnitud (energía)
• Terraformación
• Sostenibilidad
• Singularidad tecnológica

Bibliografía

• Dyson, Freeman J. Energy in the Universe Article in September 1971 Scientific American magazine (Special September Issue on Energy)
• Rusinek, Marvin (1998). «Energy Consumption of Europe». The Physics Factbook. 
• Wind Powering America
• Clean Energy for Planetary Survival: International Development Research Centre
• LBL Scientists Research Global Warming
• E³ Handbook
• Clarke H2 energy systems (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
• Holdren, John P.; Carl Kaysen (2003). «Environmental Change and the Human Condition» (PDF). Bulletin Fall. pp. 24-31. Consultado el 10 de agosto de 2006. 
• Dordrecht, D. (1985). «Exponential Expansion: Galactic Destiny or Technological Hubris?». En B. R. Finney, M. D. Papagiannis, ed. The Search for Extraterrestrial Life: Recent Developments. Reidel Publ. Co. pp. 465-463. 
• Shkadov Thruster
• Korotayev, A.; Malkov, A.; Khaltourina, D. (2006). Introduction to Social Macrodynamics: Compact Macromodels of the World System Growth. Moscow: URSS. ISBN 5-484-00414-4. 
• Kardashev, Nikolai (March 1997). «Cosmology and Civilizations». Astrophysics and Space Science 252: 25. doi:10.1023/A:1000837427320. 
• Supercivilizations as Possible Products of the Progressive Evolution of Matter: also by Kardashev
• Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation, by Freeman J. Dyson
• The Radio Search For Intelligent Extraterrestral Life, by Frank Drake
• Freitas Jr., Robert A. Energy and Culture (chapter 15). 
• Griffin, John. Operation TOGA: Type One Go Ahead. ISBN 1-4502-0702-2. 

Enlaces externos

• Animación sobre el tema
• Civilizaciones Kardashov
• Detectability of Extraterrestrial Technological Activities
• After Kardashev: Farewell to Super Civilizations
• Exotic Civilizations: Beyond Kardashev