Коли йдеться про те, наскільки розвинутішими за нас можуть бути позаземні цивілізації, то найчастіше згадують шкалу Кардашова. Вона передбачає можливість існування цивілізацій, що можуть керувати енергією цілих галактик. Але чи означає це, що вони справді розвинуті?
Іншопланетяни
Наука про позаземні цивілізації досі перебуває в зачатковому стані, що й не дивно, адже жодного їхнього представника досі ніхто не бачив і не чув. Проте у цій галузі вже сформувалося кілька концепцій, які широко застосовують як у наукових дослідженнях, так і в популярному викладі сучасного стану справ.
Одна з них — шкала Кардашова, яка описує те, з наскільки розвинутими цивілізаціями ми можемо зустрітися. Їх ділять на три типи, залежно від сумарної потужності усіх проявів їхньої діяльності (машин, електростанцій тощо). І тип — ті, що оперують усією енергією власної планети 1,74·1017 Вт. ІІ — ті, що оперують енергією, порівнюваною із зорею (3,828·1026 Вт для Сонця). ІІІ тип — ті, що оперують енергіями, порівнюваними із цілою галактикою, 8·1036 Вт.
Як неважко помітити, різниця між І та ІІ типом становить дев’ять порядків, тобто приблизно мільярд разів, а між ІІ та ІІІ — десять порядків, тобто 10 млрд разів. Земна цивілізація не дотягує навіть до першого типу, і це завжди викликає шок у людей, яким цю картину показують вперше.
Шкалу Кардашова часто подають як інструмент, що нібито дозволяє зрозуміти, наскільки нас можуть переважати іншопланетні цивілізації, які існують уже мільйони, а то й мільярди років. Але чи справді це так? Розберімося разом.
Передача сигналу на відстані
Головне, що варто знати про походження шкали розвитку цивілізацій і причини, з яких вона набула знайомого нам вигляду, — це те, що її автор, Микола Кардашов, був астрофізиком. Не істориком, не фахівцем із робототехніки й не біологом, а людиною, яка звикла вдивлятися в далекі вогники на небі та будувати теорії про їхню природу.
Сама шкала була представлена у доповіді «Передача інформації позаземними цивілізаціями», представленій на Бюраканській конференції 1964 року, яка проходила в однойменній обсерваторії у Вірменії. З одного боку, це зумовило те, що концепція дуже швидко стала відомою всім провідним світовим фахівцям у досліджені позаземного життя. З іншого боку, це була доповідь, прочитана астрофізиком для астрофізиків.
Кардашов розпочав з того, що зацікавився, на якій відстані позаземна цивілізація може послати всім іншим сигнал так, щоб у ньому можна було почути якусь осмислену відповідь, і що для цього потрібно. Тож він використав так звану теорему Шенона — Гартлі, яка пов’язує швидкість передачі інформації зі співвідношенням сигнал/шум, простіше кажучи, описує, скільки біт можна передавати за секунду так, щоб більша частина їх не загубилася на шляху до адресата.
Кардашов показав, що рівень шуму в сигналі, який долає мільйони світлових років простору, пов’язаний із температурою фонового випромінювання, а та, своєю чергою, залежить від частоти передавання. Саме тому найнижчий рівень шуму та найвища пропускна здатність каналу досяжні в сантиметровому й дециметровому діапазонах — приблизно там, де працюють радіо, телебачення, Wi-Fi і частково мікрохвильові печі. Недарма останні принаймні раз уже зіграли злий жарт із мисливцями на іншопланетян.
Насправді саме ця частина бюраканської доповіді Кардашова найбільше вплинула на пошук позаземних цивілізацій, бо визначила ті частоти, на яких незалежно від біологічного походження і способу мислення у космосі найкраще посилати сигнали. Найпопулярнішою згодом виявилася довжина хвилі випромінювання у 21 см, проте і на ній вчені досі нічого не почули.
Оригінальна шкала Кардашова
Однак Кардашов на тому не зупинився і від питання про частоту перейшов до необхідної потужності передавача. В технічні питання його конструкції він не вдавався, просто встановив її верхню межу як усю енергію, яка доступна цивілізації — майже єдину цифру, яку на Землі можна без спекуляцій оцінити не тільки за абсолютною величиною, а й за річним приростом.
У часи Кардашова ці цифри складали 4×1012 Вт і 3–4 % відповідно. Зараз сумарна кількість енергії, яку використовують люди, складає близько 24×1013, і це все ще дуже мало у порівнянні з 1,74·1017 Вт, які наша планета отримує від Сонця. Що ж до темпів зростання потужності земної цивілізації, то вони з часів Бюраканської конференції змінювалися неодноразово, але зараз, коли Азія та Африка перебувають у стадії активного промислового зростання, приблизно такі ж, як і в 1960-ті.
Хай там як, а Кардашов у своїй роботі вдався до лінійної екстраполяції наявних у нього цифр і з’ясував, що за сталого зростання енергоспоживання ми за 3200 років досягнемо рівня споживання енергії, що є порівнюваний із Сонцем, а за 5800 — з усім Чумацьким Шляхом. Ці стани він і назвав цивілізаціями ІІ та ІІІ типів і надалі розглядав саме їх, бо йшлося про дійсно космічні відстані.
Кардашов підрахував, що якби цивілізація ІІ типу використала всю свою енергію для передачі сигналу, то корисну інформацію з нього можна було б отримувати у будь-якій точці нашої Галактики, навіть із тими антенами, що були доступні людям ще у другій половині ХХ століття.
При цьому максимальна швидкість передачі інформації, вирахувана з теореми Шенона, настільки велика, що іншопланетяни могли б передавати 10 тис. середнього розміру томів своїх наукових знань кожні 100 секунд. Цивілізація ІІІ типу могла б робити те саме для всієї видимої частини Всесвіту.
Де шукати іншопланетян
Виходячи з власних побудов, Кардашов навіть дає рекомендації, як іншим астрофізикам шукати іншопланетян. На його думку, треба звертати увагу на дуже потужні, але точкові джерела випромінювання, тобто такі, площа яких на небі просто крихітна, і при цьому вони випромінюють надзвичайно багато енергії.
Звичайно, що пік цієї енергії має припадати саме на сантиметровий та дециметровий діапазони, тобто найкраще їх має бути видно за допомогою радіотелескопів. Крім того, випромінювання має бути поляризованим, тобто його коливання відбуватимуться в одній площині.
Сам Кардашов був переконаний, що цивілізації принаймні II, а то й III типу мають існувати в межах простору, звідки ми вже сьогодні здатні приймати їхні сигнали. Зокрема, як можливий передавач він розглядав відкритий незадовго до того радіоджерело CTA 102, яке вирізнялося надзвичайною потужністю та змінністю випромінювання.
На превеликий жаль, Кардашов недооцінив різноманіття космічних об’єктів. Зараз ми знаємо багато точкових джерел, які демонструють вказану ним поведінку і при цьому є цілком природними. Зокрема, СТА 102 виявилося активним ядром галактики — квазаром, що поглинає матерію і через нерівномірність цього процесу змінює яскравість.
Чи справді споживання енергії зростатиме з постійною швидкістю
Шкала Кардашова стала популярною завдяки американському астрофізику Карлу Сагану. Йому ж ми завдячуємо тим, що вона з чисто рангової, тобто такої, що має три відмітки, перетворилася на дискретну, тобто має можливість приймати дробні значення.
Це допомогло, зокрема, узгодити названі Кардашовим числа з тією кількістю енергії, яку Земля отримує від Сонця. Зараз вважається, що людство має показник 0,73 за шкалою енергоспоживання. З одного боку, це робить ситуацію зрозумілішою, з іншого — створює враження, що майже три чверті шляху до того, щоб отримати «одиничку», але насправді це не так, бо шкала логарифмічна. Тобто чим далі рухаєшся, тим більше Ватт потужності треба додати у загальну скарбницю, аби додати ще одну соту. Тому насправді вся людська цивілізація все ще споживає долі відсотка від того, що Земля отримує від Сонця.
Усе це ставить значно важливіше питання: чи справді енергоспоживання нашої цивілізації може сягнути значень, про які говорив Кардашов? Спостереження за темпами його зростання, зроблені протягом 60 років, що минули відтоді, як астрофізик зробив свою доповідь, не дають однозначної відповіді на це питання.
Тепер науковці, зокрема відомий футуролог Мічіо Каку, говорять про те, що навіть до цивілізації І типу нам ще 100–200 років розвитку, до ІІ типу — тисячоліття, а до ІІІ — сотні тисяч років. Для порівняння можна сказати, що вся історія від початку неолітичної революції, тобто коли для людей на Близькому Сході вперше на Землі землеробство почало відігравати більшу роль, ніж полювання, минуло лише 10 тис. років. Тобто виходить, що наша цивілізація перебуває на самому початку неймовірно довгого шляху.
Чи справді розвиток означає збільшення потужності?
Насправді у тому, що шлях до цивілізації ІІІ типу може зайняти сотні тисяч і мільйони років, нічого дивного немає. Сам Кардашов припускав, що обмін інформацією якийсь час (тисячі років) буде однобічним, тобто сигнали від ІІІ типу до першого доходять, а у зворотному напрямку — ні. Але зрештою всі розумні істоти доберуться туди, де можна сигналити цілою галактикою, як ліхтариком.
Проте такий погляд є надто однобічним, на що ще звертав увагу Карл Саган. Цілком зрозуміло, що Кардашов, як астрофізик, серед можливих моделей поведінки іншопланетних цивілізацій обирав ту, яку йому та його колегам найлегше було б виявити. Адже якщо іншопланетяни не витрачають значної частини енергії своєї цивілізації на те, щоб сигналити на весь Всесвіт про власне існування та розумність, вони фактично залишаються невидимими.
З іншого боку, такий погляд на суть цивілізації дуже характерний для 50–60-х років взагалі. Саме тривала холодна війна, і США з СРСР дуже багато ресурсів витрачали на демонстрацію власної потужності. Зрештою, «Цар-бомбу» випробували лише за три роки до Бюраканської конференції.
Але з плином часу ситуація, за якої надрозвинена цивілізація витрачає значну частину своєї колосальної потужності на поширення знань серед інших форм життя, що відстають від неї на мільйони років розвитку, дедалі більше здавалася дивною. Адже постає питання про доцільність такої діяльності.
Зараз як одну з головних антитез до ідеї Кардашова і можливим поясненням парадоксу Фермі називають теорію «темного лісу» Лю Цисіня. Цивілізації сидять і мовчать, бо повідомляти всім навколо, що ти існуєш і розумний, значить нариватися на удар одразу з усіх боків, бо в космосі немає друзів, є лише конкуренти.
Насправді теорія темного лісу нічим не краща за ідею Кардашова з його цивілізаціями, що фонтанують знаннями на весь Всесвіт, бо замість мирних мегаломанських проєктів передбачають витрати більшої частини потужності цивілізації на не менш абсурдного масштабу військові проєкти.
І насправді все значно простіше, ані перші, ані другі цивілізації насправді не дуже потрібні, бо більшість її членів живуть своїм життям і не цікавляться іншими цивілізаціями. А навіть такі масштабні проєкти, як кораблі поколінь, космічні станції на мільйони мешканців чи навіть тераформування планет, потребують великої, але значно меншої потужності, ніж та, що потрібна для підтримки передатчиків цивілізації ІІ та ІІІ типів.
Зрештою, навіть саму тезу про зростання потужності машин як суть розвитку цивілізації можна піддати сумніву. Річ у тім, що з часів Бюраканської конференції минуло вже 60 років, а «Цар-бомба» так і лишилася найпотужнішим вибухом, влаштованим людьми. Та й нарощування потужності ядерних реакторів, по суті, зупинилося ще кілька десятиліть тому.
Замість потужності фахівці з технологічного розвитку все більше говорять про ефективність. А вона в більшості випадків означає «якомога менше енергії випромінювати куди не треба». І особливо яскраво це видно на прикладі систем передачі інформації. У 1960-ті роки основними пристроями, які для цього використовувалися, були теле- та радіовежі.
Принцип їхньої ефективності був простий: підняти якомога потужніший передавач якомога вище. Проте поява супутників зв’язку зробила передавачі, що здатні відправити сигнал далі, ніж на 500 км, необов’язковими. А потім поява різноманітних кабельних мереж і автоматичних систем маршрутизації потоків даних перевернула все в галузі передачі інформації. Сучасні стільникові мережі взагалі базуються на передавачах, потужності яких вистачає на кілька сотень метрів. А навіщо більше, якщо пакети даних можна просто передавати як естафетну паличку?
Кардашов свої викладки робив для ненаправленого випромінювання сигналу, і його послідовники давно вже підрахували, що воно на космічних відстанях надзвичайно неефективне. Наше ефірне телебачення важко спіймати вже біля Альфи Центавра, а далі воно губиться у шумі. Але спрямований сигнал може долати знано більші відстані за меншої потужності передавача.
Саме тому нині для космічного зв’язку дедалі частіше використовують повідомлення, спрямовані вузьким променем, бажано лазерним. Проблема в тому, що перехопити їх випадково у космосі практично неможливо. Аргумент «іншопланетяни ж якось спілкуються між собою, і ми обов’язково це почуємо» відпадає сам собою.
Кожного дня у будь-якому міському автобусі десятки людей спілкуються з кимось, хто перебуває за його межами, й інші пасажири про суть їхньої розмови не мають жодної гадки. Тільки про те, що сусід, як і вони самі, дивиться в екран смартфона.
Та й в інших галузях все рухається в тому ж самому напрямку. Квадрокоптер має смішну, у порівнянні з балістичною ракетою 1960-х років, потужність. При цьому для конструкторів тієї ракети він здавався б справжнім творінням позаземної цивілізації. А все тому, що у ньому використовуються системи автоматичного контролю і зворотного зв’язку, які ще пару десятиліть тому вважалися неможливими, тим більше на такій невеликій машині.
Увесь наш досвід останніх десятиліть показує, що потужність не те, що не потрібна, вона — не основне. Значно краще підвищувати ефективність, надійність, складність поведінки наших машин. Багато в чому збільшення споживання енергії пояснюється тим, що населення планети продовжує зростати, й зараз навіть у країнах, які ми звикли називати «третім світом», люди хочуть жити за стандартами енергоспоживання, які навіть для мешканців розвинених країн 1960-х могли б здатися шикарними.
Як зміниться енергоспоживання, коли по всій планеті люди задовольнять свої потреби в чудесах світу побутової електроніки та електротехніки, а сама вона стане ще ефективнішою, ніхто не знає. Цілком можливо, що в майбутні століття ми так і не досягнемо навіть І типу за шкалою Кардашова.
Ймовірно, що майбутнє — це зовсім не сходи з чистої енергії в небеса, а хата, побудована, на перший погляд, так, як будували століття тому, але насправді начинена хитрою технікою, яка за своїм функціоналом перевищує смартфон настільки ж, наскільки смартфон перевищує дисковий телефон.
Зрештою, теорія Кардашова ніяк не враховує навіть більш традиційний сценарій розвитку цивілізації: розселення по власній зоряній системі й за її межі. Тоді розумні істоти дійсно можуть мати сумарну потужність машин, порівняну якщо не з усім сонячним випромінюванням, то з часткою, що досягає Землі. Але вона буде розпорошена між десятком зоряних систем і переважно зосереджена на кораблях, що літають між ними. І про жодні мегаспоруди не йтиметься.
Проте у чомусь звинувачувати самого Кардашова не варто. Він був людиною своєї епохи й від самого початку не претендував на щось більше, крім опису характеристик цивілізації, сигнали від якої він міг би упіймати як астрофізик. Усі інші трактування його шкали — пізніші інтерпретації. І хто винен у тому, що люди продовжують їх повторювати, попри те що розвиток земної цивілізації дедалі більше розходиться з його припущеннями?
