Наблюдая за тем, как развивается технический прогресс, наука и медицина, все чаще приходишь к мысли, что к концу XXI века человечество обретет силу древних богов, о которых когда-то слагались мифы. Но к чему все это приведет и что ждет нас на пути к Олимпу?
Все технические революции, которые мы наблюдаем, можно считать этапами большого пути к одной великой цели: созданию планетарной цивилизации. Переход к ней должен стать, вероятно, величайшим событием в истории человечества. Мало того, поколение живущих сегодня людей можно смело считать самым значительным из всех, что когда-либо жили на нашей планете. Именно они должны определить, достигнет ли человечество этой великой цели или будет ввергнуто в пучину хаоса. С того момента, когда наши предки впервые вышли из Африки около 100 000 лет назад, миновало около 5000 поколений, но лишь одно поколение — сегодняшнее — определит судьбу нашего мира.
В отличие от профессиональных историков, которые рассматривают историю через социальные движения, войны, деяния королей, распространение идей и прочее, физики рассматривают историю через призму потребления энергии.
На протяжении бессчетных тысяч лет человек был ограничен одной пятой лошадиной силы, т.е. силой своих рук. Целые эпохи человека, по существу, сложно отличить от жизни диких животных: маленькие племена, добыча пропитания в суровом и враждебном мире. Не существовало никаких записей, вся информация передавалась из уст в уста у одиноких степных костров. Средняя ожидаемая продолжительность жизни составляла 18–20 лет. Все имущество человека ограничивалось тем, что он мог унести на плечах. Большую часть жизни человек страдал от голода, а после смерти пропадал бесследно, ничего после себя не оставив.
Но вот завершился последний ледниковый период и люди сумели одомашнить лошадей и быков, тем самым увеличив энергию, которой могли распоряжаться до 1 л.с.
Излишки, возникшие в результате сельскохозяйственной революции, породили новые нетривиальные способы сохранения и приумножения богатства. Возникли математика и письменность, позволившие организовать учет благосостояния. Потребовались календари, чтобы определять сроки сева и сбора урожая; потребовались писцы и счетоводы, способные следить за капиталом и облагать его налогом. За счет излишков были созданы большие армии, королевства, империи, возникли рабство и древние цивилизации.
Промышленная революция показала, что капитал могут создавать машины, а массовое производство может приносить сказочное богатство. Крестьяне, изголодавшиеся в очередной неурожайный год и измотанные тяжким трудом на полях, бежали в города и превращались в промышленных рабочих. Затем тележников и кузнецов сменили автослесари, а двигатель внутреннего сгорания дал человечеству сотни лошадиных сил.
И вот, наконец, сегодня мы наблюдаем очередную волну: сейчас источником капитала стала информация. Богатство стран теперь измеряется электронами, бегающими по всему миру по оптико-волоконным сетям. Уже сейчас вокруг нас повсюду используются и развиваются интернет-платежи, электронные валюты (в т.ч. и игровые валюты, криптовалюты, такие как, например, нашумевший Bitcoin), различные системы оплаты. Наука, коммерция и развлечения сегодня путешествуют со скоростью света. Человек, где бы он ни находился, в любое время может получить всю необходимую информацию.
Цивилизации типа I, II и III
Живущим сегодня людям довелось жить в период,
который можно рассматривать как три или четыре
самых необычайных столетия в истории человечества.
Джулиан Саймон
Но к чему приведет человечество экспоненциальный рост потребления энергии? Можем ли мы ответить на вопрос: что случится с человечеством через сотню или даже тысячу лет такого развития?
Физики для классификации цивилизаций оценивают их на основе законов термодинамики, а также все по тому же критерию: потребляемой энергии. Сканируя небо в поисках внеземных цивилизаций, они ищут вовсе не биологические формы жизни, а объекты с выработкой энергии, соответствующей цивилизациям типа I, II и III. Впервые такую иерархию предложил русский астрофизик Николай Кардашев в 1960-е для классификации радиосигналов от возможных цивилизаций в открытом космосе.
Он прекрасно понимал, что цивилизации могут кардинально различаться по культуре, общественному устройству, принципу управления и т. п., но законы природы неумолимы и поэтому даже самые высокоразвитые цивилизации вынуждены им подчиняться. Благодаря этому, ясно, что с Земли мы можем зарегистрировать и измерить лишь одно — потребление энергии, и классифицировать цивилизации следует именно по этому критерию. Кроме того, согласно Второму закону термодинамики, любая высокоразвитая цивилизация создаст энтропию в виде использованного тепла, которое неизбежно уйдет в космос. Поэтому даже если эта цивилизация попытается замаскировать свое присутствие, будет невозможно скрыть слабое свечение, создаваемое их энтропией.
Цивилизация I типа – это цивилизация, которая использует всю энергию, приходящуюся от звезды на планету, или точнее 1016 Вт. При помощи этой энергии такая цивилизация может управлять ураганами, корректировать погоду, строить города даже в океанах. Их ракеты бороздят космос, но их источники энергии в основном ограничены родной планетой. Такие цивилизации – настоящие хозяева своей планеты и поэтому называются планетарными.
Цивилизация II типа использует энергию всей звезды, или приблизительно 1026 Вт. Такие цивилизации, вероятно, могли бы даже контролировать солнечные вспышки. Кроме глупости обитателей планеты, ничто известное науке не сможет уничтожить такую цивилизацию. Кометы и метеоры можно будет направлять в другую сторону, ледниковые периоды можно будет предотвратить, изменяя климатические условия, даже угрозы взрыва близлежащей сверхновой можно избежать, просто-напросто покинув родную планету и транспортировав цивилизацию подальше от опасности.
Цивилизация III типа уже исчерпали энергию одной солнечной системы и колонизировали обширные участки родной галактики. Мощность потребления таких цивилизаций оценивается величиной порядка 1036 Вт – такую энергию дают 10 миллиардов звезд. Цивилизацией III типа можно, пожалуй, назвать Империю из саги «Звездные войны» или, может быть, боргов из «Звездного пути». Те и другие колонизировали значительную часть своей галактики, захватив миллионы звездных систем. Они могут путешествовать по галактике как угодно.
Таким образом, типы различаются между собой в 10 миллиардов раз, т.е. энергопотребление цивилизаций III типа в 10 миллиардов раз больше, чем у цивилизаций II типа.
Согласно этой шкале наша земная цивилизация относится к 0 типу, ведь мы до сих пор получаем энергию из остатков погибших растений, т. е. из нефти и угля. Даже управление ураганами, которые несут в себе силу сотен ядерных бомб, находится за пределами наших технологических возможностей. Однако американский астроном Карл Саган предложил интерполировать значения шкалы для обозначения меньших порядков. Саган использовал следующую формулу:
где K – рейтинг цивилизации, а W – энергопотребление в ваттах.
По состоянию на 2007 год значение по шкале Кардашева составляет примерно 0,72. Важно отметить, что по формуле Сагана, значение 0,72 означает, что человечество использует около 0,16 % от общего объема энергетического бюджета планеты. Так что нам еще идти и идти до планетарной цивилизации I типа, ведь в отношении выработки энергии цивилизация первого типа все же в тысячу раз превосходит цивилизацию типа 0,7.
Чтобы понять, сколько нам потребуется времени на этот переход, можно произвести нехитрые вычисления. Чем грандиознее экономика, тем больше энергии ей требуется, а поскольку ВВП многих стран находится в пределах 1-2% в год, можно ожидать роста потребления энергии примерно с такой же скоростью. При таких скромных показателях нам понадобится 100-200 лет для достижения статуса планетарной цивилизации. Для достижения уровня цивилизации II типа потребуется от 1000 до 5000 лет. И, наконец, для III типа нужно от 100 000 до невероятного по людским меркам 1 000 000 лет.
Переход к первому типу
Прекратить стремиться к будущему, где технология и биология сливаются в единое целое и ведут к сингулярности, — это все равно, что отказаться от своей сущности.
Deus Ex: Human Revolution
Читая статьи на любимом Хабре, статьи в газете, видя новости по зомбоящику, мы постоянно видим все новые свидетельства того, что человечество стоит на пороге перехода от условного типа 0 к типу I. Цивилизация I типа рождается на наших глазах.
- Языки. Сегодня люди на нашей планете говорят на 600 языках, но уже в ближайшие несколько десятков лет 90% из них обречены на исчезновение, по мнению Майкла Краусса (Michael Е. Krauss) из Центра коренных языков Университета Аляски. Революция телекоммуникаций все больше ускоряет этот процесс, поскольку люди, живущие даже в самых отдаленных районах, получают свободный доступ к ресурсам на английском языке. Однако ушедшие языки останутся навсегда в хранилище человеческих знаний – интернете. Таким образом, английский язык имеет все условия стать планетарным языком. Уже сегодня английский де-факто стал языком науки, финансов, бизнеса и развлечений, а также самым популярным иностранным языком на планете.
- Интернет. Люди получили возможность общаться друг с другом, находясь при этом в различных частях земного шара. Skype и прочие технологии позволяют нам использовать интернет как планетарное средство связи. Некоторые люди уже считают, что у них больше общего с кем-то с другой части планеты, чем с соседом. И весь этот процесс только начинает ускоряться, и продолжит по мере прокладки новых оптико-волоконных сетей, запуска новых спутников. Достаточно вспомнить недавний проект от Google по запуску сети из воздушных шаров для всемирного доступа к интернету.
Остановить этот процесс уже невозможно. - Экономика. Сегодня, не принимая в расчет общих тенденций мировой экономики невозможно рассматривать экономику одной отдельной страны в целом. Финансовый кризис в одной стране неизбежно затрагивает все остальные страны и волной катится по всему миру. Так было уже не единожды за последнее десятилетие, и мы все это помним. Таким образом, мы все – свидетели зарождения единой планетарной экономики. Об этом ясно свидетельствует подъем Евросоюза. Веками воевавшие европейские государства бросили все старые распри и объединились вместе. Теперь в ЕС сосредоточено больше всего капиталов на планете. В дальнейшем другие страны, видя невозможность сохранять конкурентоспособность в одиночку, продолжат объединяться в экономические блоки. Даже Таможенный союз Беларуси, России и Казахстана продиктован этой необходимостью.
- Культура. Уже сегодня, в какой бы части света вы ни путешествовали – везде заметны одни и те же культурные тенденции в музыке, моде, искусстве. Голливуд, оценивая будущий успех нового фильма, тщательно просчитывает впечатление, которое тот должен произвести на представителей разных культур. Главными источниками дохода для Голливуда — и свидетельством зарождения планетарной культуры — служат фильмы на кросс-культурные темы с участием международных знаменитостей. В мире моды происходит то же самое – всемирно известные бренды делают моду одинаковой в масштабе всей планеты. Все больше людей, войдя в средний класс, приобщаются к мировой моде. Высокая мода теперь доступна не только привилегированной элите. Глобальная культура станет связующим звеном в общении людей разных культур. Это уже произошло со многими местными элитами мира. Эти люди говорят на своем языке и соблюдают свои традиции, но при общении с людьми других культур говорят по-английски и следуют международным правилам поведения. Это модель зарождающейся цивилизации I типа.
- Туризм. Тысячелетия люди проживали свою жизнь в основном в тех же местах, где и родились. Разные культуры и народы мало контактировали друг с другом. Но сейчас с развитием средств коммуникаций, путешествовать становится как никогда просто. Студенты с одним рюкзаком за плечами и малым количеством денег умудряются объехать всю Европу или Америку. И сейчас туризм – это одна из самых быстрорастущих отраслей. Экономика некоторых стран даже держится в основном только на туризме.
- Средний класс. Сотни миллионов людей из Китая, Индии и других стран постоянно пополняют эту категорию. Это поистине величайший социальный подъем за историю человечества. Этих людей, прекрасно разбирающихся в культурных и экономических тенденциях на планете, мало волнуют войны или религия, но в большей степени для них важны политическая и социальная стабильность и потребление. Их цель — обзавестись домиком в пригороде и двумя машинами.
- Экология. Люди постепенно осознают, что экологические катастрофы не имеют национальных границ и могут стать причиной международных конфликтов. Все чаще экологические угрозы широко обсуждаются по всему миру. После того, как над Южным полюсом образовалась озоновая дыра, страны объединились и договорились ограничить производство и потребление фреонов, которые используются в холодильниках и промышленных системах. В декабре 1997 г. в Японии был принят Киотский протокол, обязывающий развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов, ведь угроза парникового эффекта куда страшнее озоновой дыры.
- Войны. Они по-прежнему будут происходить, но их характер изменится по мере распространения демократии в мире. Когда благосостояние людей растет и им есть, что терять, войны вести все труднее. Более того в развитых странах рождается меньше детей, поэтому некому с такой же легкостью пополнять ряды армии, как это было раньше. В демократическом обществе с живой прессой, оппозиционными партиями и многочисленным средним классом, который в войне может потерять все, военную лихорадку культивировать сложно. Когда матери хотят знать, зачем их детей посылают на войну, а пресса высказывается скептически – это еще сложнее. Более того, падение цен на межконтинентальные перелеты делают регулярными контакты разных народов и интеграцию культур. Непонимание порождает враждебность, но, согласитесь, довольно сложно затеять войну с тем, кого хорошо знаешь.
Переломный момент в истории
Итак, теперь вы убедились, что человечество находится на переломном моменте в истории развития нашей цивилизации – переходу к первому типу. Но что таит в себе этот переход?
Именно сейчас определяется, будет ли человечество процветать или же погибнет по собственной глупости. Этот переход невероятно опасен, потому что мы по-прежнему являемся заложниками первобытной дикости и варварства, но с тем отличием, что теперь у нас есть ядерное, химическое и биологическое оружие. В нашем обществе, как и раньше, существуют расизм, сектантство, нетерпимость, ненависть – природа человека не изменилась за последние тысячелетия.
Путь к первому типу будет сопровождаться все усиливающейся энтропией (парниковый эффект, загрязнение, ядерные войны, болезни), что в итоге может нас и погубить. Космолог Мартин Рис дает отрезвляющую оценку шансов на успешное преодоление этой проблемы: пятьдесят на пятьдесят. Терроризм, создание бактерий и вирусов, достижения биоинженерии и другие технологические кошмары – одна из сложнейших проблем человечества.
Возможно, именно по этой причине мы не наблюдаем другие цивилизации в нашей галактике. Их погубили внутренние противоречия или собственное загрязнение, в то время как они стремились достичь статуса цивилизации первого типа.
Так что, этот переход станет испытанием огнем для всей нашей цивилизации и главная роль – роль кузнеца принадлежит нашему поколению. Если мы выживем, мы станем сильнее – подобно тому, как закаляется сталь.
Классификация по информации
Мы создали такую сложную, быстро меняющуюся и информационно перегруженную окружающую среду, что должны все чаще справляться с избытком информации таким же образом, как животные, которых мы давно превзошли.
Роберт Чалдини. «Психология влияния»
Информационная революция заставила ученых обратить внимание на то, что не только энерговооруженность может показать уровень развития цивилизации, но также количество информации, которое цивилизация способна перерабатывать.
Условия развития для разных цивилизаций во Вселенной не могут быть одинаковы. Можно вообразить планету, где атмосфера хорошо проводит электричество. В таких условиях любой компьютер быстро сгорит, так что жители этой планеты могут использовать только самые примитивные электрические приборы. Будет трудно создать интернет, что будет сильно тормозить развитие науки и экономики. В конечном счете, такая цивилизация сможет подняться по шкале Кардашева, но этот подъем будет очень долгим и болезненным.
Саган предложил применить информационный критерий для еще одной классификации. Он выделил типы от A до Z, где к типу A относятся примитивные цивилизации, в которых еще нет письменности, но уже существует разговорный язык. Чтобы понять, сколько информации может содержать такая цивилизация, Карл Саган предложил использовать игру «20 вопросов», когда нужно отгадать загаданный предмет, при этом задав не более 20 вопросов, ответ на которые лишь «да» или «нет» (например вопрос: «Это съедобное?»). В итоге мы поделим мир на 220 частей (или приблизительно 106). То есть информационное содержание цивилизации типа A равняется 106 бит информации.
Древняя Греция была цивилизацией с развитой письменностью, богатой литературой и содержала около миллиарда единиц (109) информации, что соответствует типу С.
Приблизительно оценив современное количество книг в библиотеках, приблизительное количество страниц в каждой книге, количество фотографий, видеозаписей, Саган пришел к цифре 1015 бит. Так что нас можно классифицировать как тип H. Учитывая наше энергопотребление мы – цивилизация типа 0,7H.
Когда земная цивилизация разовьется до типа 1,5J или 1,8K, овладеет технологиями межзвездных полетов – возможно, именно тогда произойдет наш первый контакт с внеземными цивилизациями. Но до этого момента у нас впереди еще как минимум несколько столетий или даже тысячелетий. Информационная оценка галактической цивилизации III типа возможна, если умножить количество планет в нашей галактике, благоприятных для жизни, на информационное содержание каждой планеты. Саган оценивает такие цивилизации как тип Q. В то время как тип Z соответствует цивилизации, способной использовать информационное содержание миллиарда галактик, то есть практически всей видимой вселенной.
Классификация по энтропии
Дорога цивилизации вымощена консервными банками.
Альберто Моравиа
Чтобы всесторонне оценить развитие цивилизации, одной энергии и информации не достаточно. Чем больше энергии потребляет цивилизация и чем больше производит информации, тем больше страдает окружающая среда. И это не просто мусор. Отходы цивилизаций I и II типа могут попросту их погубить.
Если представить себе цивилизацию II типа, которая потребляет всю энергию, излучаемую звездой, можно предположить, что КПД двигателей, которыми пользуется эта цивилизация, составляет 50%, тогда половина потребляемой энергии уходит в атмосферу в виде паразитного тепла. Температура на планете будет расти, пока жизнь на ней станет попросту невозможна.
Нечто похожее было изображено в мультфильме «ВАЛЛ-И», где человечество так сильно загадило Землю, что в итоге оставило все как есть и переселилось на космические корабли.
Выходит, что бесконтрольный рост энергопотребления означает самоубийство. Нужна новая шкала, которая бы принимала в расчет эффективность, загрязнение среды, выброс паразитного тепла. Можно выделить два типа:
- Первый тип – цивилизация, которая сдерживает рост энтропии, используя для этого все возможные средства, ограничивает рост тепла и накопление отходов. В конечном счете, в ходе экспоненциального роста энергопотребления, цивилизация осознает, что дальнейший рост энергетических запросов может сделать планету непригодной для жизни. Разумно используя возобновляемые источники энергии, нанотехнологии, исключая лишние потери и неэффективность, такая цивилизация будет отодвигать этот момент.
- Второй тип – это цивилизация, которая продолжает расширяться, расти и увеличивать энергопотребление, не сильно задумываясь об энтропии. Когда родная планета придет в негодность, эта цивилизация оставит ее и переселится на другие планеты. Но космическая экспансия очень сложное и дорогое удовольствие, и, если энтропия будет расти быстрее, чем способность цивилизации к экспансии, то тогда такую цивилизацию будет ждать гибель.
Шаги к будущему
Невозможно представить, на какие высоты может подняться через тысячу лет власть человека над материей. Может быть, мы научимся лишать вес тяжести и придавать ему абсолютную легкость, чтобы легче было перевозить. Сельское хозяйство, возможно, будет требовать меньше труда и давать удвоенный продукт. Все болезни можно будет предотвратить или вылечить, не исключая даже и старость, а жизнь продлить на сколько угодно, до допотопных мерок и даже более.
Бенджамин Франклин
Что касается нашей земной цивилизации, то поскольку космические полеты будут еще в течение нескольких столетий безумно дороги, а терраформирование близлежащих планет и лун будет представлять собой гигантскую научную и экономическую проблему, то наша развивающаяся цивилизация потенциально может задохнуться в собственном лишнем тепле, если не сумеет миниатюризировать и рационализировать обработку информации.
Человеческий содержит около ста миллиардов нейронов (число галактик в видимой вселенной) и практически не выделяет тепла. Сейчас ученые пытаются симулировать работу нейронной сети головного с помощью суперкомпьютера (Симуляция 1-й секунды активности 1% мозга заняла 40 минут на кластере из 82 944 процессоров), но по-видимому, если бы стояла задача создать компьютер, способный производить вычисления со скоростью в квадриллионы байт в секунду — задача, которую выполняет без всякого напряжения, — то такой компьютер, вероятно, занимал бы несколько кварталов, а для его охлаждения потребовалась бы целое водохранилище. Мы можем размышлять над тонкими материями и при этом совсем не потеем.
Конечно же, это вовсе не компьютер, тут нет центрального процессора или операционной системы. – это нейронная сеть, в которой модели памяти и распространены по всему , а не сосредоточены в центральном процессоре. И электрические сигналы между нейронами являются по сути химическими, так что не может совершать быстрых сложных вычислений, но зато компенсирует свою медленную работу возможностью параллельной обработки данных и может фантастически быстро принимать новые задачи.
Сейчас ученые пытаются применять идеи, заимствованные у природы. Идут работы над развитием ДНК-компьютеров и квантовых компьютеров. Вместе с развитием нанотехнологий мы сможем находить более эффективные пути развития, нежели создание огромных количеств лишнего тепла, угрожающего нашему существованию.
Хотя космические полеты в большей части XXI века останутся уделом самых богатых людей и государств, создание "космического лифта" может все изменить. Углеродные нанотрубки достаточно прочные и легкие, чтобы выполнять функцию троса такого лифта. Создание лифта оценивается в 7—12 млрд долларов США. НАСА уже финансирует соответствующие разработки американского Института научных исследований, включая разработку подъёмника, способного самостоятельно двигаться по тросу.
Но даже если такая технология станет реальностью, лифт будет способен доставлять грузы или астронавтов на околоземную орбиту, а не к другим планетам. Все проблемы космических колоний упираются в тот факт, что полет на Луну (не говоря уже о полетах к другим планетам) во много раз превышает стоимость полета на околоземное пространство. Размещение человеческой колонии на Луне или Марсе обанкротит любое государство, не принося никакого дохода.
Кроме экономических проблем, необходимо учитывать опасность людям на борту, космическая радиация, длительное нахождение в невесомости, возможность катастрофы (мы все еще используем ракеты на жидком топливе, и вероятность катастроф составляет один к семидесяти) – все эти проблемы еще долго будут мешать нам осваивать Солнечную систему.
Конечно, через пару столетий все изменится: стоимость полетов снизится достаточно чтобы активно поддерживать и развивать колонии на Марсе которые мы сможем создать, возможно, уже через пару десятков лет. Высадка первых людей на Марсе, согласно проекту Mars One, состоится уже в 2023 году.
Создание солнечно-ионного двигателя может стать толчком для межзвездных полетов. Такие двигатели будут обладать малой тягой, зато они могут поддерживать эту тягу годами. Они будут концентрировать солнечную энергию, разогревать газ, например цезий, а затем выпускать его через сопло, что обеспечит умеренную тягу, которую можно будет поддерживать почти до бесконечности.
Хотя держа курс на цивилизацию I типа, мы вряд ли потянемся к звездам, скорее всего мы еще в течение многих столетий будем оставаться на Земле, преодолевая националистические, фундаменталистские, расистские и сектантские проблемы, борясь с повышением температуры на планете, парниковым эффектом и бесчисленным множеством других проблем.
Наука позволила человечеству поднять разрушенные города и страны из руин войны, обеспечить мир и процветание миллиардам людей. Истинное могущество науки в том, что она увеличивает наши возможности и придает силы, предоставляя нам выбор. С одной стороны, наука способствует изобретательности, творчеству и терпению, присущим человечеству, но с другой — усиливает и наши явные недостатки. Человечеству очень важно обрести мудрость и направить меч науки в нужную сторону.
В нашем обществе трудно обрести мудрость. Айзек Азимов однажды сказал: «Самое печальное в нынешнем обществе то, что наука аккумулирует знания быстрее, чем общество обретает мудрость». Мартин Рис предостерегает: «Если мы друг друга поубиваем, то уничтожим поистине космические возможности. Так что если кто-то верит, что жизнь на Земле — это явление уникальное, то это не означает, что жизни всегда предстоит быть незаметной деталью этой вселенной».
Что ж, мы живем в интереснейшее время. Наука и техника открывают перед человечеством новые миры, о которых прежде мы могли только мечтать. Именно наше поколение решит, погибнет ли человечество или обретет бессмертие, сделав шаг к цивилизации I типа.
Это моя первая статья, потратил на ее написание несколько вечеров. Извиняюсь, что получилась такой объемной, зато, надеюсь, интересной.
Автор: Demven
