Как давно вы смотрели на звёзды? В городе их, за многоэтажками и искусственным освещением, уже и не увидишь. 10 000 лет назад, когда наши предки, вооружившись каменными топорами, начинали строить цивилизацию, звёзды были всего лишь частью ландшафта. Но и тогда они притягивали взоры и беспокоили воображение своей бесконечностью. Сегодня мы знаем (вернее думаем, что знаем) что такое звёзды. Сегодня мы уже приручили атомную энергию, покатались на Луне и планируем колонизировать Марс. Сегодня мы обладаем технологиями, которыми 10 000 лет назад могли обладать только боги, да и то только в воображении обкуренных шаманов. За мгновение по меркам вселенной, мы достигли невероятного могущества. Но стоит посмотреть на ночное небо, забитое бесконечным количеством огромных термоядерных реакторов, как наше самомнение вместе с нашим могуществом начинают блекнуть.
В 1967 году советский физик Николай Кардашев, предложил шкалу классификации цивилизаций. Шкала очень простая:
Цивилизация 1 типа - потребляет всю энергию, получаемую планетой от ее светила (уровень зародыш). Такая цивилизация колонизирует местную систему.
Цивилизация 2 типа - потребляет энергию, излучаемую ее звездой (уровень нуб). Эта цивилизация уже контролирует потоки энергии свой звёзды и возможно вполне готова к межзвёздным перемещениям.
Цивилизация 3 типа - контролирует энергию всей галактики (продвинутый юзер). Как это может выглядеть не понятно вовсе.
Ну и можно добавить.
Цивилизацию 4 типа - потребляет энергию всей вселенной (уровень бог).
Масштаб разницы между уровнями цивилизаций следующий; солнце излучает в 2 миллиарда раз больше энергии чем получает земля. Таким образом, разница между первым и вторым типом цивилизаций 9 порядков. В нашей галактике от 100–400 миллиардов звёзд. Соответственно, разница между 2 и 3 типом 11 порядков. А уровень бог ещё как минимум на 12 порядков выше. Каждый уровень как минимум в миллиард раз больше, чем предыдущий.
Ну а мы где на этой шкале? великолепные и неповторимые? Да в общем то нигде. Очевидно, мы и до первого уровня не дотягиваем.
Энергия, поступающая на землю от солнца в течение года равна 3 850 000 ЭДж. Согласно Википедии, Всемирная энергосистема в 2010 году произвела 539 ЭДж. (https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергия). Деля одно на другое получаем 0.00014. То есть нам нужно увеличить производство энергии в 10 000 раз, чтобы дотянутся до первого уровня.
Мы все 8 миллиардов человек потребляем столько энергии, сколько от солнца поступает на землю в течении одного часа. Мы энергетические ничтожества. Да и ещё при своём ничтожном потреблении умудряемся загрязнять планету.
Наш уровень по шкале Кардашева 0.00014. Результат конечно печальный. Оценить масштаб печали поможет аналогия. Наше тело состоит из 10 триллионов клеток. Поэтому при грубом приближении энергопотребление нашего тела на 13 порядков больше энергопотребления бактерии. В одном грамме почвы находится 6 миллиардов бактерий. То есть все мы вместе взятые, вместе с нашей цивилизацией это около 1.3 граммов почвы для цивилизации первого уровня.
Цивилизации первого уровня — это цивилизации планетарного масштаба. Которые ещё не сумели выйти вне своей системы. Более серьёзные ребята - цивилизации второго уровня. До них нам расти 14 порядков. Для них мы на уровне вируса. Вся наша цивилизация — это один вирус. Пытаться сравнится с 3 или тем более с 4 уровнем и вовсе бессмысленно. Даже аналогию не подберёшь.
Однажды ещё один физик Энрико Ферми в разговоре с коллегами задал казалось простой вопрос: где инопланетяне? Почему не прилетают к нам в гости? Оценивая масштаб нашей цивилизации, напрашивается вполне очевидный ответ. Межзвёздной логистикой могут обладать только цивилизации минимум второго порядка, для которых мы меньше, чем ничто. На нас поглядеть это им даже не в зоопарк сходить. Ну, кто разумный всерьёз решит общаться с вирусом? Как вирус поймёт, что с ним общаются? Понятно, что никак.
А цивилизации ниже первой, с которыми мы теоретически могли бы общаться, как и мы заперты в своих системах. Такой вот космический детский сад, до которого нам ещё и дорасти нужно. Мы пока что в роддоме лежим спеленатые и максимум что можем делать это погукивать и попукивать. Будем надеяться, мы не задохнёмся в результатах своей же жизнедеятельности.
Предыдущий абзац был для пессимистов, для оптимистов последующий.
Хотя, наш прогресс конечно же впечатляющий. 500 лет назад за то, что для нас сегодня стало привычным, сожгли бы на костре. Всего лишь 200 лет назад наши энергетические возможности составляли долю процента от сегодняшнего энергопотребления. Колонизация Луны и Марса перестаёт быть фантастикой и постепенно становится реальностью. Так что ребёнок растёт. И растёт быстро. Только вот нет родителей, которые присмотрят, чтобы малой не свернул себе шею от излишнего энтузиазма. Зелёные человечки нам не помогут, нужно самим развиваться.
Можно немного пофантазировать и прикинуть как подняться вверх по шкале хотя бы на пару уровней. Понятно, что увеличение потребления энергии не самоцель, но она позволяет оценить масштаб и развитие технологий, которыми обладает цивилизация.
Сегодня в развитых странах потребление электроэнергии в год на душу населения в среднем составляет 15 мегаватт час. А вот в развивающихся 1.5 мегаватт в час. Население развитых стран составляет 1/8 всей планеты. То есть обеспечив население всей планеты комфортным уровнем энергопотребления мы фактически должны увеличить производство энергии в 10 раз (тем самым поднимемся по шкале Кардашева на одно деление).
На сегодня у нас три типа электростанций. Первый тип на углеводородных ресурсах; угле, газе и нефти. Даже если забудем про вредные выбросы и эмиссию парниковых газов, мы, сжигая топливо, выделяем тепло, запасенное планетой в виде энергии в течение сотен миллионов лет. То есть радостно поджариваем планету на быстром огне. Второй тип ядерные и возможно когда-нибудь термоядерные электростанции. Они более экологичные, не выбрасывают в воздух ни парниковые, ни токсичные газы (ну конечно если вдруг не рванет какая-нибудь из них). Но они также добавляют тепло в атмосферу. Если сделать ставку на эти два типа станций и увеличить мощность в 10 раз, мы без всяких парниковых газов вскипятим планету. А парниковый эффект ускорит в разы тепловую смерть Земли.
Единственная безопасная возможность это солнечные и в меньшей степени все остальные станции (гидро, ветро, приливные, термо станции). Все эти электростанции используют уже поступающую энергию солнца и не добавляют дополнительное тепло в атмосферу земли тем самым сохраняют статус кво. 20 лет назад солнечные панели были очень дорогими и никак не могли конкурировать без дотаций с традиционными источниками энергии. Но сегодня даже на уровне домохозяйств они окупаются за пять лет. Помимо самих солнечный панелей для независимого функционирования нужны дешевые батареи. И здесь прогресс внушительный. Если себестоимость обоих компонентов будет падать также как за прошедшие два десятилетия, мы, лет через двадцать, получим очень дешевую, практически дармовую электроэнергию.
Ещё на один порядок мы можем приблизиться к первому уровню увеличив население планеты в 10 раз. Тогда и потребление вырастет в 10 раз, но тут есть небольшая проблема; все хотят кушать. А земля не может прокормить столько народу при текущем уровне сельского хозяйства. Сегодня мы полностью освоили все земли подходящие под производство пищи и нещадно эксплуатируем водные ресурсы планеты. Уже сейчас мы балансируем на грани голода.
В сутки средний человек потребляет 2000 килокалорий, за год это даёт 730 000 килокалорий. Нас примерно 8 миллиардов, и за год мы съедаем 0.002 ЭДж. Кажется, что мы очень экономны по сравнению с энергией, которую мы тратим на все остальное. Но есть и другая сторона медали. Чтобы кушать нам нужно еду выращивать, и наша еда в процессе выращивания тоже потребляет энергию.
Сельскохозяйственные земли составляют 38 процентов от всей суши, которая в свою очередь составляет 29 процент от всей поверхности. Если очень грубо предположить, что солнечная энергия поступает равномерно на всю поверхность планеты, то сельское хозяйство получает 11 процентов от поступающей энергии. Что соответствует 423 500 ЭДж. И тут становится понятно насколько наш метаболизм неэффективен в плане потребления энергии по все пищевой цепочке. Мы потребляем в миллиард раз меньше, чем тратится на выращивание пищи. То есть чтобы мы могли отведать одну килокалорию, планета должна потребить в миллиард больше солнечной энергии. Энергоэффективностью тут и не пахнет.
В отличии от фотосинтеза солнечные панели намного эффективнее в плане получения энергии. Если КПД наземных растений примерно 1% (у водорослей до 30%, им не нужно тратиться на дорогостоящую структуру), у солнечных панелей уже достигает 30%. То есть, у нас уже есть более эффективные инструменты по улавливанию солнечной энергии чем у природы. Единственное что нужно - это научится синтезировать искусственную пищу любого вида химическим путём. Если вы венчурный инвестор вкладывайте в такие стартапы, через 20-30 лет это будут монстры покрупнее мака. Сельское хозяйство постепенно будет замещаться синтезирующей промышленностью. Такое производство лишено практически всех недостатков сельского хозяйства, ему ни страшны ни засухи, ни болезни, ни куча других проблем. В принципе процесс уже начался. Мы и так уже в основном потребляем синтетическую пищу, так что переход расстроит только истинных гурманов и обрадует фармацевтические компании.
Уже два приведённых примера позволят подняться по шкале Кардашева на два деления в течение последующих 20-50 лет. Понятно, что население и за 100 лет не увеличится в 10 раз, но потенциал роста будет. В принципе чисто теоретически можно и дальше пофантазировать и попытаться представить следующие два порядка необходимые чтобы достичь первого уровня. Но они потребуют очень серьёзных изменений. Нам придётся перестраивать свои тела, менять структуру цивилизации, колонизировать соседние планеты. В общем интересной работы хватит надолго.
