宇宙文明演化史（上）：能量观点下的先进文明

编按：说到星际文明的发展程度，科幻爱好者必定会提到“卡尔达肖夫指数”，以使用的能源多寡，来区分文明发达程度。然而，除了从能源来评断文明进程，其实还有其他的评判方式。

“宇宙文明演化史”系列，将在上篇回顾“卡尔达肖夫指数”，下篇介绍较少讨论的“资讯量”与“微观尺度”的评断观点。

地球数以万亿计的物种中，人类算得上是最具高等智慧的生物。

但假设——遥远的某颗行星上也有“智慧生命”的存在，那么，对方是否有可能比我们先进?他们能透过量子力学的应用而发明电子产品吗?他们能掌握阳光、电磁等能源吗?他们是否有完善的医疗、教育、经济、社会结构?又或者，他们是否已然可以达成人类难以触及的瞬时旅行?

智慧生命的演进

诚如在这篇文章所提过的，碳基生命自发形成的机率极为渺小，从有机分子组合成蛋白质、基因序列、细胞、再到个体的行程，这个机率相当于“一阵龙捲风扫过垃圾场、从中随机拼凑出一架波音 747”那样渺茫，更何况是演化成像人类这样的“智慧生命”。

我们不仅仅具有生物体的基本特征，还具有思考能力、逻辑、记忆力、甚至是预测与规划未来的能力，这些可以说是人类与其他生命体最与众不同之所在。人类之所以成为“智慧生命”，便是因为拥有了自己的语言、文字，使资讯得以保留并传承。回溯到百万年前，从演化论的角度来看，当时人类与其他灵长类动物差异并不大;然而，我们的老祖先发现了“火”，并且懂得如何生成并且控制“火”，使得我们不再像其他动物那样直接生食猎物;另一方面，我们开始懂得用遮羞布、乃至于之后缝制衣服。

此外，我们能表达自己的情绪，能轻易地展现喜怒哀乐沟通，进行交际活动——这些都是人类得以成为智慧生命的原理。

顺带一提，根据物理学家加来道雄（Michio Kaku）所提出的“穴居人原理”（caveman principle），我们人类依然存有百万年前老祖宗们“原始欲望”的影子——换句话说，数十万年来人类虽然不断演化，然而我们的人格依然保有原始穴居人的基因本质。举例而言：即使有先进的电脑把文件处理完善，我们仍习惯把文件影印成纸本，之所以如此，系因原始人类捕猎动物时要求“猎杀证明”，习惯取信于亲眼所见的事实。

同理，我们倾向于参与音乐会或去电影院体验现场氛围，而非一味观赏电子萤幕前的动态;我们习惯社交与打扮，因此多数重要聚会并不容易被虚拟会议所取代;而在古代社会，小道消息的流通会帮助某些人们知悉高层的行动，因而扮演着一定程度重要性——而这也呼应了我们周遭充斥着娱乐与八卦的报刊，毕竟这些事物总会激起人性深处的好奇心。另一方面，穴居人法则似乎也意味着艺术、娱乐并不会因为科技发展而消失，因为这些事物能满足人类的需求与愉悦，而这并非科技所能取而代之的。

根据穴居人原理，我们依然保有原始人类的欲望。图/Mrs J’s science

回归根本，可以发现，身为智慧生命，必然要有“视力”的存在、而非像蚂蚁那样透过触角沟通，包含情绪的表达、语言的交流，这方面可以归功于“大脑”的演化;再者，人类的“脚趾”的演化也是关键，这使得人类得以直立行走、改变对世界的视角与行动;此外，“前肢可握物”也扮演着重要角色，亦即灵活的手指——这使得人类可以精准地操作物件、制造工具。

先进文明的分级

因此，我们假定这些智慧生命都拥有这些生理构造与功能，他们可以沟通、可以发明器物。那么，有没有一个指标能告诉我们一个“文明”究竟能多发达?

1964 年，苏联科学家卡尔达肖夫（Nikolai Kardashev）提出了一个度量文明先进程度的指标——“卡尔达肖夫指数”（Kardashev Scale）。经由天文学家卡尔.萨根（Carl Sagan）修正过后，可以归结为下列公式：

其中 K 代表卡尔达肖夫指数，P 代表文明所消耗的总能量。基本上，我们可以将文明依据“驾驭能量”的量级区分成三大类型：

I 型文明（K=1）：

该文明能驾驭 10¹⁶ W 的能量，相当于掌握所处行星的能量，因此又称“行星文明”。这类型的文明可以控制天气、调节海洋、并且到地底深处采矿，彻底运用星球资源;并且，这一类文明将能任意造访附近行星，并在后期发展出接近光速的太空旅行。

II 型文明（K=2）：

该文明能驾驭 10²⁶ W 的能量，相当于掌握所处恒星系统的能量，因此又称“恒星文明”或“星际文明”。这类型的文明能够透过戴森球（参见下文）或相关科技、彻底利用恒星系统的能量;他们可在各个行星、恒星之间任意穿梭，并且相继朝往其他恒星系统殖民。

III 型文明（K=3）：

该文明能驾驭 10³⁶ W 的能量，相当于掌握所处星系的能量，因此又称“星系文明”。这类型的文明不再受限于附近的恒星系统，他们将能够随心所欲驾驭整个星系、甚至宇宙尺度级别的能量，并可以在星系之间来去自如;他们甚至已熟悉时空物理、得以透过虫洞或先进技术穿越时空。

卡尔达肖夫指数示意图，由左而右分别是：行星文明（I 型）、恒星文明（II 型）、星系文明（III 型）。图/http://www.maximusveritas.com/wp-content/uploads/2016/06/

作为宇宙文明的分级，文明所驾驭的总能量可以视为一个标竿。宇宙中的能量是无所不在、甚至可以说是取之不尽用之不竭的。因此，能妥善利用这些能量到什么程度，便可以视为文明“先进与否”的标准。当然，还有一些人把这列表往下延伸，诸如宇宙文明（IV 型）、多重宇宙文明（V 型）、神灵文明（VI 型）、未知文明（VII 型）等等——不过这些级别距离目前人类还算是遥不可及，我们甚至无法保证在宇宙 137 亿这年龄下是否已有这么先进的文明诞生。

就目前而言，显然，人类纵使历经工业革命、资讯革命，也开发出原子能、得以进行太空探索——但似乎尚未能被列入其中之一——我们尚未有能力操控天气、就连地底结构也都是透过震波才得以探知的。那么，人类目前究竟处在哪一阶段?让我们简单计算一下：根据世界能源消耗量的统计，截至 2021 年底，人类所消耗的能量约为 176,431 TWh（百万兆瓦时），相当于 20.14 TW（百万兆瓦），代入卡尔达肖夫指数公式：

可以直接得出卡尔达肖夫指数 K≈0.73 ——因此，人类目前约是落在“0.73 型文明”，依然位在“第零型文明”的阶段。

目前人类的能量来源主要仍是石油、煤炭、天然气;除此之外还有传统生质能、水力发电、以及核能。在数十年内，风力发电、太阳能、生质能会慢慢取代化石燃料，而核融合技术很可能带领人类走向 I 型文明。

当人类开始进行太空殖民、并且能妥善运用母恒星（太阳）所供应的能量后，才会慢慢朝向 II 型文明发展;而在 I 型或者 II 型文明阶段，另一个能催动科技进展的很可能就是反物质（antimatter）的制造与普及。加来道雄认为，我们有机会在本世纪末或是两百年内跃升成为 I 型文明;到达 II 型文明需要数千年;至于到达可以随心所欲驾驭时空的 III 型文明，可能还需要数十万至百万年。

1800 年代至 2021 年的世界能源消耗总量：目前人类消耗能源仍以化石燃料为多数。图/our world in data