Η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας το 2012 ανερχόταν στα 2,11 TW (2,11×1012 Watt). Τον τελευταίο χρόνο της ίδιας δεκαετίας η ενέργεια που καταναλώθηκε δεκαπλασιάστηκε φτάνοντας τα 17,9×1012 Watt, ενώ άλλες πηγές την ανεβάζουν ακόμη και στα 30 TW. Με αυτούς τους ρυθμούς κατανάλωσης ενέργειας φαίνεται πως είναι θέμα χρόνου η εξέλιξη του πολιτισμού της Γης να φτάσει τον αριθμό I της κλίμακας Kardashev.
Ή ίσως και όχι.
Σε αυτή τη σειρά άρθρων θα δούμε:
- Τι είναι η κλίμακα Καρντάσεφ (Kardashev).
- Πόσο κοντά είναι η Γη στο να γίνει πολιτισμός τύπου 1 της παραπάνω κλίμακας.
- Πως θα μπορούσαμε να γίνουμε πολιτισμός τύπου 1. Και τέλος,
- Μήπως τελικά δεν θα ήταν φρόνιμο να υπερβούμε τη σκάλα I της κλίμακας; Και κατ΄ επέκταση, μήπως ακριβώς το ίδιο θα μπορούσε να συμβαίνει για οποιοδήποτε πιθανό εξωγήινο πολιτισμό;
Αφού διαβάζετε αυτό το άρθρο θα υποθέσω ότι γνωρίζετε ό,τι αφορά τη πρώτη γραμμή της παραπάνω λίστας. Παρ΄ όλα αυτά και για τη συνοχή του άρθρου, ας ξεκινήσουμε με τα βασικά.
Η κλίμακα Kardashev
Το 1964 ο Νικολάι Καρντάσεφ (Nocolai Kardashev) υποστήριξε πως ένας θεμελιώδης τρόπος ταξινόμησης του πόσο εξελιγμένος είναι ένας πολιτισμός στο σύμπαν, βασίζεται στη κατανάλωση ενέργειας. Περισσότερη κατανάλωση ενέργειας σημαίνει μεγαλύτερη ικανότητα εξεύρεσής της. Ή για την ακρίβεια, μεγαλύτερη ικανότητα ελέγχου της. Άρα όσο περισσότερη είναι αυτή που καταναλώνει, τόσο πιο εξελιγμένος είναι ο πολιτισμός.
Εκτός της παραπάνω πρότασης, ο Καρντάσεφ πρότεινε επιπλέον μια κλίμακα. Η κλίμακα αυτή θα ποσοτικοποιεί την εξέλιξη ενός πολιτισμού. Και στη κλίμακα αυτή και ανάλογα με τη ποσότητα κατανάλωσης ενέργειας, έδωσε τρεις διακριτές τιμές.
Πολιτισμός τύπου 1
Τη τιμή αυτή της κλίμακας Καρντάσεφ παίρνει ένας πολιτισμός ο οποίος μπορεί να ελέγξει όλη την ενέργεια που παράγει ο πλανήτης, καθώς και αυτή που φτάνει στο πλανήτη από τον ήλιο του.
Και λέγοντας την ενέργεια που παράγει ο πλανήτης θα μπορούσαμε να συμπεριλάβουμε την ενέργεια που:
- Μπορούν να δώσουν όλοι οι διαθέσιμοι και μη ανακυκλώσιμοι πόροι της γης – κάρβουνο, πετρέλαιο, φυσικό αέριο και λοιπά ορυκτά καύσιμα.
- Αποβάλει ο ίδιος ο πλανήτης, τη λεγόμενη γεωθερμική ενέργεια. Σε αυτή συμπεριλαμβάνεται ο έλεγχος της ενέργειας που ελκύεται από όλα τα ηφαίστεια της γης, τους σεισμούς, τη κίνηση των τεκτονικών πλακών κτλ.
- Προκύπτει από τις ανακυκλώσιμες πηγές. Θα μπορεί δηλαδή να τιθασεύσει το σύνολο της αιολικής ενέργειας, της ενέργειας των ωκεανών ή των νερών από τα ποτάμια, καθώς και το σύνολο της ηλιακής ενέργειας που καταφθάνει στη γη. Ενώ τέλος, σε αυτή συμπεριλαμβάνουμε και την ενέργεια που προκύπτει από
- Τον έλεγχο της ίδιας της ύλης. Με απλά λόγια η πυρηνική ενέργεια που προκύπτει από το σύνολο των κατάλληλων διαθέσιμων πόρων (ουράνιο, πλουτώνιο κτλ) μέσω της πυρηνικής σχάσης ή σύντηξης.
Ένας τέτοιος πολιτισμός, όπως αρέσκεται να λέγεται, έχει το πλήρη έλεγχο του πλανήτη του, της ύλης του, των καιρικών φαινομένων, ακόμη και της τροχιάς του.
Κάτι σημαντικό τώρα που μας ενδιαφέρει στην ανάλυση που θα ακολουθήσει. Η ενέργεια που πρέπει να καταναλώσει ο γήινος πολιτισμός για να φτάσει στο επίπεδο 1 είναι περίπου ίση με 1,7×1017 W. Δηλαδή, 10.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή που καταναλώνουμε ανά έτος αυτή την εποχή.
Πολιτισμός τύπου II
Η ενέργεια που καταναλώνει ένας πολιτισμός αυτής της κλάσης είναι συγκρίσιμη με τη συνολική ενέργεια που παράγει το ίδιο το αστέρι του. Για έναν τέτοιο πολιτισμό οι εκτιμήσεις συνηθίζονται να αναφέρονται είναι ότι τα αστρικά ταξίδια θα μπορούν να είναι πραγματικότητα. Σε αντίθεση, η ενέργεια που καταναλώνει ο πολιτισμός τύπου 1 είναι αρκετή μόνο για διαπλανητικά ταξίδια.
Η απαιτούμενη ενέργεια για τον Γήινο πολιτισμό ώστε να γίνει πολιτισμός τύπου II είναι 3,8×1026 W. Ή αλλιώς, 2.000.000.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή ενός πολιτισμού τύπου I.
Ναι, ο παραπάνω αριθμός είναι ο δύο δισεκατομμύρια.
Πολιτισμός τύπου III
Η κατανάλωση ενέργειας ενός τέτοιου πολιτισμού θα είναι συγκρίσιμη με τη συνολική ενέργεια που παράγει ένας γαλαξίας. Οι εκτιμήσεις που γράφονται και ακούγονται για το τι θα μπορούσε να κάνει ένας τέτοιος πολιτισμός είναι αρκετά εξωπραγματικές, έτσι θα τις αποφύγω.
Απαιτούμενη ενέργεια: 5×1036 W. Ή περίπου 13 δισεκατομύρια φορές περισσότερη από αυτή του πολιτισμού τύπου II.
Παρατήρηση: αν οι παραπάνω αριθμοί που αλίευσα από το διαδίκτυο είναι σωστοί, μοιάζει πως ο τύπος III δεν θα χρησιμοποιεί την ενέργεια των μαύρων τρυπών. Από την άλλη όμως μπορεί και να κάνω λάθος στους υπολογισμούς μου, οπότε μπορούμε να αγνοήσουμε τη παρατήρηση αυτή.
Ποια είναι η θέση του γήινου πολιτισμού; – η παρέμβαση του Carl Sagan
O Carl Sagan επέκτεινε την ιδέα του Kardashev μετατρέποντας τη κλίμακα από διακριτή σε συνεχή. Με απλά λόγια, δεν βαθμολόγησε τους πολιτισμούς μόνο με τους αριθμούς 1, 2 ή 3, αλλά και με όλους τους ενδιάμεσους πραγματικούς αριθμούς. Παρατήρησε ότι τα επίπεδα ενέργειας της κλίμακας:
- είναι ομοιόμορφα και
- έχουν λογαριθμική κατανομή.
Φτιάχνοντας λοιπόν μια λογαριθμική κλίμακα οι τρεις παραπάνω τιμές μπαίνουν στην ουσία σε μια ευθεία:
Ο ίδιος ο Καρλ Σέιγκαν είχε υπολογίσει ότι σύμφωνα με τη παραπάνω κλίμακα ο πολιτισμός της Γης έχει τη βαθμολογία 0,72. Πλέον, μπορούμε εύκολα να διαπιστώσουμε ότι οι υπολογισμοί του δεν ήταν σωστοί.
Αν μας ενδιαφέρει, χρησιμοποιώντας μαθηματικά γυμνασίου[1] μπορούμε να βρούμε την εξίσωση της παραπάνω ευθείας η οποία λυμένη ως προς Κ είναι η παρακάτω:
P είναι η ενέργεια που καταναλώνει ένας πολιτισμός, Κ η βαθμολογία του στη κλίμακα Kardashev. Και αντικαθιστώντας τη τιμή των 17,9×1012 βρίσκουμε ότι ο πολιτισμός της Γης παίρνει τη τιμή 0,60[2].
Και βέβαια μετά από αυτό προκύπτει το παρακάτω ερώτημα:
Πότε θα γίνουμε Πολιτισμός Τύπου I;
Ο ρυθμός της ετήσιας παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας μοιάζει να είναι εκθετικός. Έτσι, παρά το ότι η Γη πρέπει να καταναλώσει 10.000 φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώνει σήμερα, μοιάζει πως η στιγμή που αυτό θα συμβεί δεν είναι και πολύ μακρινή.
Και μη ξεχνάμε, κάτι τέτοιο δεν περιορίζεται μόνη στην ίδια τη κατανάλωση ενέργειας αλλά και τη χρήση της. Ένας πολιτισμός που τιθασεύει τέτοια ποσότητα ενέργειας μπορεί να εξερευνήσει το σύνολο του ηλιακού του συστήματος. Να κάνει αποικίες σε περισσότερους από έναν ίσως πλανήτες ή και να δημιουργήσει ακόμη και τεχνητούς κατοικήσιμους κόσμους. Η εξάρτηση για την ανθρωπότητα από τον ίδιο της το πλανήτη θα είναι γεγονός. Και τελικά το όνειρο μεγάλου τμήματος αυτής, η πραγματική κατάκτηση του διαστήματος, θα είναι πλέον κοντινό.
Δείτε το παρακάτω διάγραμμα:
Δίνει τη παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας κατά τους τελευταίους δύο αιώνες. Προσέξτε τον φαινομενικά εκθετικό ρυθμό αύξησής της. Φαίνεται αρκετά ενθαρρυντικός ώστε οδηγήσει ακόμη και επιφανείς επιστήμονες να εκφράσουν τον άκρατο ενθουσιασμό τους:
Στο βίντεο του συνδέσμου (αλλά και σε αυτό το άρθρο) ο Michio Kaku λέει πως
…αλλά αν έχετε μια απλή αριθμομηχανή, μπορείτε να υπολογίσετε πότε θα γίνουμε πολιτισμός τύπου 1. Η απάντηση είναι περίπου σε 100 χρόνια.
Μήπως όμως είναι υπερβολικά αισιόδοξος;
Μια δεύτερη ματιά
Ακόμη κι αν μεγενθύνουμε το παραπάνω διάγραμμα αφήνοντάς το να παρουσιάσει την ενέργεια του τελευταίου μόνο αιώνα, αυτό που θα δούμε είναι μια υπερ-εκθετική ανάπτυξη της κατανάλωσης να συμβαίνει το μεγαλύτερο από το διάστημα αυτό.
Παρ΄ όλα αυτά.
Μια πιο προσεκτική ματιά αποκαλύπτει κάτι παραπάνω. Δείτε το παρακάτω διάγραμμα.
Η υπερθετική ανάπτυξη έχει σταματήσει μέχρι τη δεκαετία του 50, κι από εκεί κι έπειτα ο ρυθμός αύξησης μοιάζει περισσότερο γραμμικός παρά εκθετικός. Επομένως:
Αν θέλουμε να κάνουμε μια σωστή πρόβλεψη, πως μπορούμε να συνεχίσουμε με βάση τα παραπάνω δεδομένα;
Τη λύση εδώ μπορεί να τη δώσει ο κλάδος των μαθηματικών που ονομάζεται Αριθμητική Ανάλυση. Παίρνοντας τις τιμές καθενός από τα έτη που εμφανίζονται στο διάγραμμα και ανάλογα την ακρίβεια που επιθυμούμε να δώσουμε, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια συνάρτηση η οποία να προσομοιάζει τη παραπάνω καμπύλη. Και το ευτύχημα με τέτοιου είδους συναρτήσεις είναι πως όχι μόνο προσομοιάζουν το παρελθόν, αλλά αποκαλύπτουν και το μέλλον.
Σκληρά μαθηματικά
Αυτό ακριβώς έκανε ο Dr David Kipping και η ομάδα του από το πανεπιστήμιο της Columbia. Και όπως συμβαίνει σε αυτές τις περιπτώσεις βρέθηκαν περισσότερες από μια συναρτήσεις. Η ομάδα είχε στη διάθεσή της 4 διαφορετικά μοντέλα που προσσέγγιζαν τα διαθέσιμα δεδομένα.
Και τα τέσσερα μοντέλα λειτουργούν ικανοποιητικά όσον αφορά την συμβατότητα με το παρελθόν. Όσον αφορά όμως τη πρόβλεψη για το μέλλον, τα αποτελέσματα που έδωσαν ήταν δραματικά διαφορετικά.
Και οι προβλέψεις που δίνουν είναι οι εξής.
1. Υπερεκθετικό μοντέλο.
Είναι η πορτοκαλί καμπύλη του σχήματος. Σύμφωνα με αυτή έχουμε μια υπεραισιόδοξη εκτίμηση και θα γίνουμε πολιτισμός τύπου 1 περίπου το έτος 2.300.
2. Εκθετικό μοντέλο.
Η κόκκινη γραμμή, που στο λογαριθμικό διάγραμμα μοιάζει όπως είναι φυσικό με ευθεία. Σύμφωνα με αυτό, η Γη θα είναι Π.Τ. 1 το Σωτήριο Έτος 4.100 μ.Χ.
Μοντέλα 3 κ΄ 4 (“Λογιστικό” μοντέλο)
Η 1η παράγωγος παραμένει θετική αλλά η 2η γίνεται σταθερά αρνητική πριν καν κλείσει ο αιώνας, με οριζόντια ασύμπτωτη στη καμπύλη. Σε απλή μετάφραση; Η παραγωγή ενέργειας τείνει να γίνει σταθερή με το χρόνο, πολύ πριν γίνουμε πολιτισμός τύπου 1.
Συμπέρασμα
Και πριν συνεχίσουμε.
Κάποια συμπεράσματα που προκύπτουν από αυτά δεν αφορούν (μόνο) την αβεβαιότητα στην οποία οδηγούν οι παραπάνω μελέτες. Πιο σημαντικό είναι να δούμε το εξής.
Πρώτον, πως και οι επιφανέστεροι επιστήμονες πολύ συχνά προχωρούν σε λανθασμένες εκτιμήσεις όταν δεν λάβουν σωστά υπ΄ όψιν τους τα δεδομένα. Αυτό είναι κάτι που σε αυτά τα άρθρα θα το διαπιστώνουμε, δυστυχώς περισσότερο συχνά απ΄ όσο ίσως θα θέλαμε.
Δεύτερον. Οι παραπάνω αναλύσεις έχουν λάβει υπ΄ όψιν τους μόνο αριθμητικά δεδομένα και όχι κοινωνικά. Και με αυτό εννοώ ότι δεν έκαναν, επειδή δεν θα μπορούσαν να κάνουν, οποιασδήποτε μορφής εκτίμηση για το ποιο δρόμο θα αποφασίσει να ακολουθήσει η ανθρωπότητα σε όσον αφορά τη κατανάλωση των πόρων του πλανήτη. Έτσι παρά τα αποτελέσματα αυτά, μπορεί με τις αποφάσεις της η ανθρωπότητα να αποφασίσει να μας εκπλήξει.
Εμείς όμως έχουμε ένα στόχο να πραγματοποιήσουμε κι έχουμε δρόμο ακόμη μπροστά μας. Αφού είδαμε το “πότε”, μας ενδιαφέρει διακαώς να μάθουμε το “πως”.
Μα πως θα τα καταφέρουμε;
Τι κι αν υπερισχύει κάποιο από τα δύο πρώτα σενάρια; Αν δηλαδή καταφέρουμε να αυξήσουμε κατά 10.000 φορές τη παραγωγή ενέργειας; Και αν το καταφέρουμε τι επιπτώσεις θα έχει κάτι τέτοιο στο πλανήτη και στο τρόπο ζωής όσων τυχερών (;) ζουν ακόμη σε αυτόν; Αλλά το σημαντικότερο,
πως μπορούμε να το καταφέρουμε αυτό;
Στο 2ο μέρος του άρθρου εξετάζουμε πως θα μπορέσουμε να γίνουμε ένας Πολιτισμός Τύπου 1. Μείνετε συντονισμένοι!
Σημειώσεις:
[1] Στη πραγματικότητα η εξίσωση που περιγράφεται παρακάτω έχει υπολογιστεί με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων και αποτελεί τη μέγιστη προσέγγιση των τριών σημείων του διαγράμματος. (up)
[2] Η εξίσωση που βρήκα προσωπικά είναι ελάχιστα διαφορετική και δίνει ελάχιστα διαφορετικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα η εξίσωση του άρθρου δίνει και πάλι τιμή Καρντάσεφ ίση με 0,60 για τα σημερινά επίπεδα κατανάλωσης ενέργειας, όμως υποδεικνύει ότι για να γίνουμε πολιτισμός τύπου 1 απαιτούνται “μόλις” 1,56×1017W και όχι 1,7×1017. Παρ΄ όλα αυτά προτίμησα να παραθέσω τους αριθμούς που καταγράφονται στο paper του Dr David Kipping αντί των δικών μου. (up)