우주 문명의 단계 - 카르다쇼프 척도

[소태낭구]

1964년 구소련의 천문학자인 니콜라이 카르다쇼프가 에너지 사용량에 따른 문명의 단계를 3단계로 구분하였음. 카르다쇼프의 발표이후 많은 과학자들이 나름 일리가 있다고 판단해 많이 인용하였고, 일본의 미치오 카쿠 교수가 차후 이 개념을 확장해 4,5,6단계를 추가하였음, 단 이 4,5,6단계는 과학계에서는 아직 검증이 안된부분이라 1,2,3단계 보다는 설득력이 떨어진다고 함

1 단계: 모행성이 만들어내는 에너지의 총량만큼의 에너지를 소비하는 문명

- 쉽게 말해서 인류로 치면 지구가 1년간 만들어내는 에너지만큼 인류가 1년간 에너지를 생산/소비할 수 있다면 이 카르다쇼프 1단계에 진입한거임. 물론 현재 인간의 기술로는 택도 없음. 많은 과학자들이 추산하기에 현재 인간이 사용하고 있는 에너지의 양은 지구가 1년 동안 만들어내는 에너지의 1/1000 ~ 1/100 정도라고 합니다. 이 기준으로 현재 인류의 카르다쇼프 척도는 약 0.72 정도입니다. 참고로 카르다쇼프 척도는 1단계가 지날때마다 사용하는 에너지 총량이 100억배씩 늘어남;;;

 칼세이건등 역대급 천문학자들 조차 현재 인류의 카르다쇼프 척도 계산과 예측이 정확하지는 못했는데 그 이유는 생각했던것 보다 인류가 사용하는 에너지의 양이 전 지구적인 관점에서 작았다는 겁니다. 과학기술이 발달하면서 우리가 미처알지 못했던 지구의 순환과 에너지에 대해서 점점 알게되면서 그렇게 인류의 카르다쇼프 척도가 떨어진 측면도 있고, 환경보호등을 위해서 인류가 에너지 사용을 억제하면서 인류의 카르다쇼프 척도가 1단계에 다다르는 시기가 점점 멀어지고 있는 면도 있죠.

 인류가 카르다쇼프 척도 1단계에 도달했다는것은 인류가 생산/소비하는 에너지의 양이 지구가 1년간 생산하는 에너지의 총량과 같다는 의미로, 이는 단순히 지구가 생산해내는 작물과 토양의 힘 정도가 아니라 1년간 지구가 태양으로부터 받는 모든 복사에너지를 다 합친 개념을 의미합니다. 당연히 현재의 기술으로는 이정도에 턱없이 미치지 못합니다. 또 설령 이정도 에너지를 생산/소비한다고 해도 문제가 되겠죠. 인간이 지구에 살면서 지구가 생산하는 에너지를 모조리 빨아내서 소비한다면 지구 환경은 그야말로 급격히 파괴될 테니까요

 카르다쇼프 척도 1단계에 도달하기 위해서는 핵융합 발전이 필수적이라고 합니다. 기존의 원자력 발전과 달리 물을 연료로 하여 환경오염 없이 청정 에너지를 거의 무제한(현재기준으로) 만들어낼 수 있는 궁극의 에너지 기술이라는 핵융합 발전이 카르다쇼프 척도 1단계의 필수조건이라고 하니 ㅎㄷㄷ 하네요. 카르다쇼프 척도 1단계가 되면 인간은 이미 핵융합을 상용화해서 환경오염없이 에너지를 생산해내며 이때가 되면 환경오염이나 지구온난화 문제, 핵전쟁의 위협등을 극복하고 우주로 본격적인 진출을 시작하고 있을겁니다.

 해저 도시나, 달이나 화성 등에 우주 콜로니를 지어서 거기에 수백, 수천만 단위의 인류를 이주시키고, 지구의 기상과 기후를 부작용없이 마음대로 주무를 수 있으며 환경을 파괴하지 않고도 지속가능한 발전이 가능한 일종의 유토피아와 가까운 미래사회라고 할 수 있습니다.

 이 단계에서 인류는 현재의 화학연료를 사용한 로켓이 아닌 이온 로켓이나 플라즈마 로켓 등을 개발하여 지금보다 훨씬 더 많은 양의 물자와 인원을 우주로 진출 시킬 수 있으며, 궤도 엘리베이터를 통해서 우주정거장에서 대형우주선을 건조할 수 있습니다.

카르다쇼프 척도 1단계의 문명이 머릿속에 잘 그려지시지 않는다면 우주세기 건담의 지구연방을 상상하시면 대충 맞습니다. 인류는 우주로 진출해 지구 공전궤도와 화성 등에 콜로니를 짓고 우주에서 대형 우주선을 건조하죠. 당장 위의 그림만 놓고 봤을때 먼미래의 일 같지만 많은 학자들이 22세기가 되면 인류가 대충 저정도 수준에 도달할 거라고 보고 있습니다. 21세기 중반 이후 인류의 수명이 비약적으로 늘어난다면 우리 눈으로 직접 볼 수 있을지도 모르겠네요. 

 또 한편으로는 22세기까지 저 정도 경지에 이르지 못한다면 그것은 반대로 인류에게 가장 큰 위협이 될 수 있습니다. 많은 과학자들이 카르다쇼프 척도는 0단계에서 1단계에서 이르는 시점이 가장 위험하며, 이 과정에서 환경오염, 핵전쟁, 기후변화, 인구폭증으로 인해 문명이 멸절할 가능성이 매우 크다고 합니다. 그러니 인류가 미래에 카르다쇼프 1단계에 다다른다면 적어도 현재 우리가 유력하게 보고 있는 근미래의 여러 위협과 한계를 인간이 극복한 것이라고도 볼 수 있기에 매우 의미있는 일이라고 할 수 있습니다. 

 우주세기 건담 수준의 미래라니 어찌보면 유토피아 수준의 SF 적인 미래같지만 사실 이 단계는 문명의 우주 진출 척도로 봤을때는 매우 걸음마수준의 초보단계로 인류는 우주로 진출을 시작하기는 하지만 아직 태양계를 벗어나지 못하는 수준입니다. 성간이동은 그만큼 차원이 다른 영역이죠.

카르다쇼프 2단계 : 항성이 만들어내는 에너지의 총량만큼의 에너지를 소비하는 문명

 - 카르다쇼프 2단계의 문명은 모행성이 만들어내는 에너지의 총량이 아니라 모항성이 만들어내는 에너지의 총량만큼을 생산/소비하는 문명을 지칭합니다. 즉 인간으로 따지면 태양이 1년동안 만들어내는 에너지의 총합만큼을 인간이 생산해내고 소비할 수 있는 수준까지 기술이 발전했음을 뜻합니다. 이 단계의 인류는 카르다쇼프 1단계에 비해서 약 100억배의 에너지를 사용하며 1단계와는 차원이 다른 기술 수준을 보여줍니다.

 일단 항성, 즉 태양 1개의 에너지를 생산/소비하는 만큼 여기서부터는 핵발전소나 핵융합발전소 따위에서 에너지를 만들어내는것이 아니라 항성으로부터 직접 에너지를 추출해서 사용합니다. 현재 상상으로서 거론되고 있는 에너지는 생산 방식은 다이슨 스피어, 스타리프팅 등이 있는데 다이슨 스피어는

 태양표면에 항성의 에너지를 직접 빨아들일수 있는 장치를 설치하여 항성이 만들어 내는 에너지를 100% 활용하는 방법입니다. 태양이 만들어내는 에너지의 총량은 지구에 내리쬐는 태양복사의 100억배~1000억배에 이르는 만큼 저런식으로 항성이 만들어내는 에너지를 모조리 표집할 수 있다면 그 에너지의 총량은 현재의 인류와는 비교조차 할 수 없는 수준의 에너지를 가질 수 있습니다. 물론 저런 구조물은 어디까지나 상상의 영역이죠. 당장 위 사진의 천체가 태양급 항성이라고 가정했을때 저 정육면체 블록 하나하나가 토성~해왕성 만할텐데 저런걸 무슨수로 만들지... 저걸 만들 수 있는 문명이라면 어우;;;;

아무튼 카르다쇼프 2단계에 이르면 인류는 항성 하나를 주 에너지원으로해서 그 힘을 바탕으로 성간이동이 가능하게 됩니다. 보이저 1호 같은 소형 탐사선 하나를 보내는 정도가 아니라 대규모 우주선단을 이끌고 다른 별(항성)이 있는 태양계 밖으로 먼 우주항해를 가능하게 되는겁니다. 이때가 되면 인류의 우주선은 광속에 가까운 혹은 광속을 능가하는 속도로 우주를 항해하게 될거고 인류는 태양계에서 가까운 항성계부터 하나하나 식민지로 두게 될것입니다. 스타트렉이나 스타워즈에서 보여주는 워프 항법 또한 상용화되어 있을겁니다. 이 단계에서 인류의 우주선은 공간을 비틀어 나아가고자 하는 방향의 공간을 압축시키고 우주선의 진행 반대방향의 공간은 늘려 광속 보다 빠른 이동이 가능합니다. 이때가 되면 우리는 우리 태양계를 벗어나 우리 은하계 내의 여러 별들을 차례차례 에너지원으로 만들고 수많은 태양계외 행성들을 식민지로 만들겁니다.

 흔히들 SF 영화에 가장 많이 쓰이는 배경이 바로 이 카르다쇼프 2단계 수준의 우주문명입니다. 성간이동이 가능하며 광속으로 이동할 수 있고, 거대한 우주함대를 이끌고 다른 문명과 충돌할 수 있는 수준이죠. 이런 카르다쇼프 2단계 수준의 문명이 SF영화의 주 배경으로 등장하는 이유는 이 단계가 되어서야 우주함대를 이끌고 외계문명과 충돌할 수 있기 때문입니다.

 카르다쇼프 2단계가 되면 인류는 달이나 화성에 콜로니를 만드는 정도가 아니라 우주를 자유자재로 돌아다닐 수가 있으며, 다른별들을 몇심만 몇백만 명이 거주하는 콜로니로 만드는 수준이 아니라 SF 영화에서 보는것처럼 우주의 수많은 별들을 지구처럼 만들어 각각의 행성에서 수십억 단위의 인류가 생존하게 될 것입니다.

 예를 들자면 스타트렉, 스타워즈, 스타크래프트의 테란 등이 바로 이 카르다쇼프 2단계에 속합니다.

스타워즈 깨어난 포스에 나온 스타킬러야말로 전형적인 카르다쇼프 2단계를 보여주죠. 인근 항성(태양)에서 순간적으로 에너지를 흡수해서 행성파괴포로 방출하는 모습이 태양에서 직접 에너지를 추출하는 모습을 잘 보여줍니다.

이 카르다쇼프 2단계의 문명은 성간이동을 할 수 있으며, 우주에서 우주함대결전을 벌일 수 있으며, 태양으로부터 직접 에너지를 추출하고, 마음만 먹으면 행성 1개 정도는 쉽게 파괴할 수 있습니다. 일반적으로 외계문명이 우리를 침공해온다면 적어도 이 카르다쇼프 2단계나 그 이상의 문명일 가능성이 매우큽니다. 애시당초 게임이 될 수가 없죠;;;

  많은 과학자들은 인간이 카르다쇼프 1단계에 이르기 위해서는 100~200년 정도면 충분하지만 카르다쇼프 2단계에 이르기 위해서는 1000년 이상이 더 소요될 가능성이 크다고 합니다. 물론 레이 커즈와일 같은 일부 미래학자는 매우 근미래(2045년)에 특이점이 온다고 주장하기는 하지만 이 역시 이런 전통적인 우주 진출관점에서의 미래관이라기보다는 정보통신 기술 발달로 인한 가상현실과 인공지능의 발달적인 측면에서 미래를 예측하고 있기에 둘은 구분해서 볼 필요가 있습니다.  

카르다쇼프 3단계 : 은하가 만들어내는 에너지의 총량만큼의 에너지를 소비하는 문명

- 카르다쇼프 2단계에 이른 문명은 자신이 처음 태어난 항성계를 벗어나 다른 항성계를 차례차례 식민지로 만들것이며 머지 않아 자신들의 은하 전체로 퍼져나갈 것입니다. 카르다쇼프 3단계에 이른 문명은 수십, 수백억개의 태양으로부터 직접 에너지를 추출하며 이로인해서 해당 문명이 번성하고 있는 은하는 질량에 비해 매우 어둡게 보이게 될 겁니다. 마치 지금 지구 온난화로 인해서 지구가 오염되는것처럼 이 단계의 문명에서는 은하 전체의 항성 대부분이 인류의 에너지원으로 전락함으로서 은하전체가 어둡게 보일 겁니다

 이단계에서 문명은 각 항성 뿐만 아니라 은하중심의 초대형 블랙홀로부터도 직접 에너지를 추출할 수 있으며 카르다쇼프 2단계에서 보여준 광속, 초광속 수준의 우주선이 아니라 인위적으로 웜홀을 만들어 공간이동을 할 수 있는 경지에 이르게 됩니다. 애시당초 광속의 10배 수준인 워프기술로도 우리 은하를 가로지르려면 1만년이 걸리기에 우리 은하 전체를 지배하고 우리가 은하 밖으로 진출하게 되는 카르다쇼프 3단계에 오면은, 속도의 개념을 완전히 무시하는 공간이동 이동법이 필수가 됩니다.

 카르다쇼프 3단계에 오면은 역시 카르다쇼프 2단계에 비해서 100억배 이상의 에너지를 문명이 소비하게 됩니다. 이 카르다쇼프 3단계의 문명은 SF에서 인간이 아니라 주로 초월적인 기술을 지닌 외계문명으로 묘사되는데 그 기술수준이 너무나 넘사벽이라서 인류와 싸우는 적이라기 보다는 인류와 접촉하고 인류를 인도해주는 신비로운 존재로 묘사됩니다.

은하계 1개를 사실상 동력원으로 쓰는 만큼 뭐 이쯤 되면 상상이 잘 되지 않을 정도로 스케일이 크기에 SF 영화등에서는 주로 맛만 보여주는 식으로 등장하죠 대표적으로 영화 인터스텔라에서 웜홀을 만들어서 인류를 유도해주었던 "그들" 이나(스포일러 자제)

1997년작 영화 컨택트에서 인류에게 접근해왔던 우주인들, 영화 AI 에서 마지막에 등장하는 우주인들이 이정도 수준이라고 할 수 있을겁니다.

 이 카르다쇼프 3단계의 가장 큰 특징은 웜홀을 인위적으로 생성해서 시공간을 뛰어넘을 수 있다는 것이죠. 카르다쇼프 2단계가 성간이동이 가능한 영역이라면 3단계는 은하간 이동 혹은 초은하간 이동이 가능한 수준입니다. 은하전체를 에너지로 쓰고 블랙홀 조차 동력원으로 쓰며, 웜홀을 인위적으로 생성할 수 있을 정도이니 상상으로 그리기에는 너무 막연한 존재들이죠. 그래서 영화 등에서는 더욱 막연하게 그려지는 존재인것 같습니다.

 혹자들은 스타크래프트에 나오는 프로토스 문명이 이 카르다쇼프 3단계라고 하기도 하는데, 확실히 게임상에서 나오는 프로토스는 이 카르다쇼프 3단계의 특성을 보여주나 (차원관문의 이동, 스킬상 인위적인 블랙홀 생성 등등) 카르다쇼프 2단계 수준의 테란과 대등하게 싸우는등 카르다쇼프 3단계로서는 좀 카리스마가 떨어지는 모습을 많이 보여주죠. 물리적인 미사일쏘는 스카우트 라던가;;; 사실 카르다쇼프가 한단계 차이난다는건 각 문명이 사용하는 에너지의 총량이 100억배 이상 차이가 난다는거라서 카르다쇼프 2단계 문명과 3단계 문명의 전쟁은 일방적인 학살이 될 수밖에 없는데, 스타크래프트 게임상에서 테란과 프로토스가 싸우는걸 보면 프로토스를 카르다쇼프 3단계로 쳐주기는 좀 어려울 듯 합니다. 뭐 물론 설정상 프로토스의 기술이 테란보다 수백년 이상 발달되었다고 나오기는 합니다만;;;

카르다쇼프 4단계 : 우주에 존재하는 암흑물질을 에너지로 활용하는 문명

 - 여기서부터는 카르다쇼프가 아니라 일본의 미치오 카쿠 교수가 덧붙인 부분이라 좀 애매한 부분입니다. 개념도 좀 불명확하고 정리도 잘 안되어 있죠. 그래서 빨리 넘어가겠습니다.

 이 4단계의 문명은 단순히 은하간 이동이 가능한 수준이 아니라 우주 곳곳을 속속들히 알고 있으며 우주의 75%를 차지하는 암흑물질을 에너지로 활용가능합니다. 사실상 우리 우주이 거의 모든 법칙과 원리를 알고 우리 우주의 진리를 대부분 파악하고 우주 전체에 퍼져있는 상태라고 할 수 있죠 

카르다쇼프 5단계 : 다른 우주로 탐사, 진출이 가능한 단계

-  평행우주 이론에 따라 우리 우주외 다른 평행 우주로 이동이 가능한 문명입니다. 이 문명은 다른 우주 하나 전체를 에너지원으로 사용할 수 있으며, 한우주의 종말에서 탈출하여 다른 우주로 이주할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 전체적으로 스타크래프트2에 나오는 아몬이나 젤나가가 카르다쇼프 4단계나 5단계라고 할 수 있겠습니다

카르다쇼프 6단계 : 사실상 신, 우주 창조 가능

- 평행우주를 넘어서 무한우주의 영역에서 노는 존재로서 이쯤 되면 문명이라기 보다는 신이라고 봐야하는 영역이죠. 우주를 만들었다가 소멸시켰다가 하며 하나의 우주가 아니라 헤아릴 수 없을만큼 많은 우주를 관장하고 있거나 퍼져 있습니다.

카르다쇼프 4,5,6단계는 뭔가 애매하죠? 특히나 4단계의 특성인 암흑물질이나 5단계의 특성인 평행우주 등은 현재로서는 검증이 어려운 부분이 많아서 과학자들도 카르다쇼프 4,5,6단계는 크게 비중을 두지 않는다고 합니다. 그래서 설정도 좀 애매하죠. 뭐 나중에 기술이 더 개발되서 암흑물질과 평행우주에 관련된 사실들이 입증된다면 이 카르다쇼프 4,5,6단계 역시 주류학자들로부터 인정을 받을 수 있게 될지도 모르겠습니다.

[우주친구]

흥미롭게 잘 보았습니다^^

[김하준]

잘보고갑니다