【菜科解读】

　　核心提示： 卡尔达舍夫等级将能利用整个行星、恒星和星系能量的文明分别分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。

目前人类是0.728级文明，按照以往的能量增长速率，我们大概能在2347年左右成为I型文明。

但是，盲目地利用能源可...

卡尔达舍夫等级将能利用整个行星、恒星和星系能量的文明分别分为I型、Ⅱ型和Ⅲ型文明。

目前人类是0.728级文明，按照以往的能量增长速率，我们大概能在2347年左右成为I型文明。

但是，盲目地利用能源可能是个陷阱，野蛮发展带来的气候危机可能是宇宙所有文明的“大过滤器”，为了让人类文明长久发展，我们必须转换自己的能源结构。

在这种情况下，我们又将在何时成为I型文明呢？

撰文 | 王昱

审校 | 二七

一个文明的发展是多方面的，人口、经济、军事、文化、科技等都可以作为衡量文明等级的准绳。

但这些方面所代表的往往只是文明的冰山一角，并且难以量化对比。

对物理学家这群不想关注细节的“懒人”而言，整个文明的能耗便成了最方便的参数。

一方面，它反映了整个文明利用能源的能力，这与整个文明的人口、经济与技术实力息息相关；

另一方面，它又是一个非常具体的数字，可以量化分析。

这就是卡尔达舍夫等级（Kardashev Scale）诞生的逻辑。

苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫（Николай Кардашёв）在1964年提出了这个概念，他用能量级将文明分为3个等级：I型、Ⅱ型和Ⅲ型，这些文明分别可以利用一颗行星，一颗恒星和一个星系的能量。

I型文明是行星级文明。

这种文明可以充分利用宿主恒星（对人类而言，是太阳）传递到其母星（地球）上的能量，也能充分利用这颗行星自身包含的能量（化石能源、核能等），对应的能耗为10¹⁶W。

Ⅱ型文明是恒星级文明。

恒星主要通过发光的方式向外传递能量，太阳向外辐射能量的总功率为4×10²⁶W，Ⅱ型文明对应的能耗指标就为10²⁶W。

根据E=mc²计算，相当于每11秒，这个文明就能消耗掉西湖水总质量对应的能量。

为了收集这么多能源，Ⅱ型文明可能会建造一些能源巨构，比如戴森球。

戴森球上可能还有计算功能，为了充分利用能量，这样的结构甚至可能是多层的，一层戴森球的废热可以为下一层戴森球提供能量，形成俄罗斯套娃脑（matryoshka 1ain）。

Ⅱ型文明应该已经掌握了一些非常遥远的科幻级技术，比如正反物质湮灭引擎、制造小型黑洞等。

Ⅲ型文明是星系级文明。

银河系的总亮度为4×10³⁷W，考虑到整个星系实在太过庞大，只要整个文明的能耗达到银河系总亮度的2.5%，也就是10³⁶W，我们就能将它称为Ⅲ型文明。

对于这种级别的文明，或许连时空本身都能随意操控，它们或许能制造虫洞或超大质量黑洞。

这种文明的技术实力应该已经完全超出了我们的认知，我们应该无法想象他们拥有的技术。

卡尔达舍夫等级并不是离散、分立的，它其实可以通过一个对数公式表示。

如果一个文明的全部能源消耗为P，那么这个文明对应的卡尔达舍夫等级K可以表示为：

根据国际能源署的数据，2018年全球能源消费为14 281 889千吨油当量（能量单位，kTOE，kilo ton oil equivalent），大约为1.90×10¹³W。

再由上述公式计算可得，地球上的人类文明目前属于0.728级文明。

过去，人类能源消费大约是按照指数增长的——每年增长的能源消费制造了更多机器，能让我们在下一年消耗更多能源。

如果仅仅按照以往的增长率简单粗暴地进行拟合，就能发现我们大约能在2347年左右成为I型文明，在几千年后成为Ⅱ型文明，在几十万年后成为Ⅲ型文明。

能源的陷阱

不过，这只是一个很粗略的估计。

它只是根据过去人类能源增长率来估计未来，并没有考虑实际的限制，过于乐观。

而且，国际能源署所使用的这个单位让我们不由得想起一些不妙的事情——化石能源的环境威胁。

虽然只是用石油来等效，但是化石能源现在确确实实给整个地球的环境带来了很多危害。

正如美国生物学家艾德华·威尔森（Edward Osborne Wilson）曾说的：“人类真正面对的问题是：我们拥有旧石器时代的情感，中世纪的制度和宛若神明的技术。

”我们的文明也正在面临严峻的气候危机。

甚至有人认为，文明在向I型文明发展的过程就是一个“大过滤器”（Great Filter），增长的能源消费会带来剧烈的气候变化，从而导致文明灭亡。

因此，没有文明能达到更高的等级——这可能就是“费米悖论”的解释，也是还没有外星人和我们建立联系的原因。

现在，意识到气候危机的人类正在尝试限制自身的碳排放。

比如，我国就提出，到2030年全国二氧化碳排放量达到峰值；

到2060年非化石能源消费比重达到80%以上，全国实现碳中和。

而欧盟诸国和美国等发达国家则计划到2050年实现碳中和目标。

未来的几十年，人类整体的能源结构也许将面临巨大的转型。

在这种背景下，我们必须重新审视各种能源的变化，重新计算人类成为I型文明的时间。

最近，一个国际研究团队在预印本网站上公布了他们的研究结果，他们根据《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）的政策和建议，以及国际能源署（IEA）对未来几十年能源消耗的预测，开发了一个更详细的影响模型，估计人类在此框架下成为I型文明的时间。

他们的结论是，如果人类将主要能源转换为清洁能源，大概能在2371年左右成为I型文明。

转型的考验

模型显示，如果全球各国都履行自己的承诺，那么在2040年代，人类将会快速降低对化石能源的依赖。

到2050年左右，化石能源的消耗会迅速降低到相对很低的水平。

（a）、（b）、（c）分别为人类对煤炭、天然气和原油的消费，黑色为指数模型，红色为影响模型，蓝色为国际能源署历史数据。

图片来源：原论文

在化石能源快速衰减的同时，太阳能、风能、水力、地热等可再生能源将会基本维持指数发展模式，甚至会加速发展弥补减少化石能源带来的漏洞。

而还有一种不容忽视却颇受争议的能源——核能。

国际能源署表示：“从历史上看，核电一直是全球无碳电力的最大贡献者之一，并且具有帮助电力行业脱碳的巨大潜力。

”过去50年中，核能减少了550亿吨二氧化碳排放，几乎相当于人类2年二氧化碳排放的总和。

但在多数人心中，核电始终是可怕的存在。

1986年的切尔诺贝利核事故和2011年的福岛核事故让所有人都心有余悸，1986年后，全球核电增速减缓，2011年全球核电发电量甚至出现了明显的倒退。

就算核电是非常安全的能源，发展速度也不得不受此影响而放缓。

按照国际能源署安全数据表（Safety Data Sheet，SDS）的最理想估计，未来核电的年平均增长率大约为2.47%。

不同条件下的核能发展情况。

黑线为已有数据、红色虚线为不再建设新的核电站、蓝色虚线为只建设规划中的核电站、绿色虚线为按照国际能源署安全数据表规划、建设核电站。

图片来源：原论文

在这种限制下，可再生能源总量将达到核电的两倍左右。

在这样的估计下，全人类的能源消耗反而可能会在2030年左右下降，在2050年左右到达最低值。

这是能源转型的阵痛，但却是我们阻止全球变暖，不让人类陷入“大过滤器”的唯一办法。

之后，或许人类的能源消费能回归指数级别增长，在用20~30年完成能源转型的情况下，在2371年左右，我们或许能就能安全地成为I型文明。

虽然卡尔达舍夫等级是个非常直截了当的限制，但它只是故事的一半。

我们固然需要大量能源，但能源的使用效率同样重要。

在倡导绿色节能的今天，越来越多低能耗的技术被开发了出来，用更少的能源，实现同样、甚至更好的效果。

或许，只有当我们不需要仅仅依靠支配的能源来评判文明的标准时，我们的文明才能得到真正的进步。

中国空间站人工胚胎实验｜全球首次太空生命探索，为人类深空驻留铺路

当晚 10 时，航天员将样本装入空间站实验模块；

截至 5 月 13 日，实验进展非常顺利，自动化系统每天自动更换培养液，生命发育正常。

这是人类历史上首次在太空开展人工胚胎发育研究，中国再次拿下全球第一，为人类未来深空驻留、太空繁衍，迈出了历史性一步！很多人第一次听到 “人工胚胎”，会觉得科幻甚至不安，但请先放下顾虑：人工胚胎不是真实人类胚胎，没有发育成个体的能力，是用人类干细胞构建的、和真实早期胚胎高度相似的结构，专门用于科学研究，完全符合伦理规范，安全可控。

为什么一定要把人工胚胎送上太空？答案只有一个：为人类未来在太空长期生存、繁衍，提前探路。

地球生命在亿万年进化中，早已适应了地球1G 重力环境；

而太空是微重力 + 强辐射环境，这种极端环境，对人类早期胚胎发育会产生什么影响？会不会导致发育异常？人类未来能不能在太空怀孕、生育、繁衍后代？这些问题，在地球上永远无法找到答案，只有在太空，才能真正验证。

这次实验，精准锁定人类发育最关键的第 14-21 天窗口期—— 这个阶段，是人类所有器官前体形成、体轴（头尾方向）确定的关键时期，一旦发育异常，将直接影响个体一生健康。

实验设置了两组样本：一组放在子宫细胞上培养，一组放在微流控芯片里培养；

同时地面同步开展完全相同的对照实验，5 天后，太空样本冻存返回地球，天地对比分析，精准找出太空环境对人类早期发育的影响因子。

这不是一次普通的科学实验，而是关乎人类文明未来的探索。

如今，人类深空探索步伐越来越快：登月、火星探测、空间站长期驻留，未来甚至可能在月球、火星建立永久基地。

但人类要真正扎根太空，必须解决 “繁衍” 问题—— 如果太空环境会导致胚胎发育异常，人类就永远无法在太空长期定居；

而这次实验，就是要摸清太空环境对生命起点的影响，找到应对方案，为人类太空繁衍提供科学依据。

过去，太空生命科学实验，一直被西方垄断；

而今天，中国用全球首次人工胚胎太空实验，打破垄断，领跑世界。

从空间站建成，到天舟十战十捷，再到人工胚胎太空实验，中国航天，早已不是追赶者，而是引领者，用硬核科技，探索人类未来，彰显大国担当。

国家航天局很多人说：“这实验离我们太远，没用。

”但请记住：今天看似遥远的科学探索，明天就可能改变人类命运。

几十年前，人类也觉得登月没用；

今天，登月技术催生了无数民用科技，改变了我们的生活。

太空人工胚胎实验，今天是探索，明天就是人类深空驻留、星际移民的基石，功在当代，利在千秋。

中国空间站，不仅是中国的太空实验室，更是人类探索宇宙、探索生命奥秘的前沿阵地。

致敬每一位科研人员，致敬中国航天！全球首次太空人工胚胎实验，中国做到了，人类未来，可期！

僵尸恒星附近或存外星文明 科学家将进行“监听”

目前许多系外行星探索任务中都以寻找岩质行星信号为主，并且倾向于围绕类似太阳这样的G型主序星，这样的行星更符合具备外星生命并能演化至高级文明条件。

　　　　当一颗恒星邻近死亡时，它会突然发生短暂的回光返照，就像僵尸一般，如白矮星。

相比较之下，白矮星似乎不太可能成为宇宙生命主要的诞生地，作为低质量恒星演化的结果使得白矮星在结束氢和氦的核反应后膨胀成一颗红巨星，此时红巨星并没有足够的质量支持反应继续进行，于是外层气体层逐渐被剥离而仅剩下了核心物质，这就是白矮星。

由于白矮星依靠电子简并压力进行支撑，其具有极端的高密度，而体积并不比地球大多少。

　　　　尽管如此，科学家们仍然认为这些"僵尸恒星"周围可维持宇宙生命可居住区，满足液态水存在于行星表面，由于白矮星形成时具有极高的温度，其本身却没有能量来源，因此可以不断向外辐射热量，研究人员认为维持液体水温度的过程可达到80亿年之久，而我们的太阳系只有45亿年左右，如果让白矮星将热量全部释放变得寒冷的黑矮星，那么这个时间可能比宇宙的年龄还长，因此白矮星周围的轨道环境应该有足够的时间来诞生宇宙生命，并演化成高级文明。

　　　　根据英国公开大学研究人员卢卡福萨蒂（Luca Fossati）和他的同事们通过一项模拟实验发现白矮星周围轨道环境可支持生命的存在。

通过假设轨道上具有一颗类似于地球这样有大气层的行星存在，并模拟白矮星的各种条件，计算出源于白矮星的光达到行星表面时的能量值，尤其是紫外线波段这种损害DNA并可杀死生命的光线，他们发现紫外波段的光线抵达行星时只有地球上生命接受紫外线的1.65倍，从剂量的角度看，是非常接近地球环境的。