<미스테리> `우주 문명의 단계설`: `카르다세프 척도`(Kardashev scale)

[모네타]

1 개요 ¶

문명의 단계에 대해서 세계적인 천문학자들이 세운 이론이 있는데, 과거와 현재와 미래를 총체적으로 아우르는 우주구급 규모를 자랑한다. '타입 문명설' 이라고도 한다.

2 카르다세프 척도(Kardashev scale) ¶

러시아의 천문학자 니콜라이 카르다셰프(Nikolai Kardashev)가 1964년 문명의 기술 발전을 에너지 이용 정도에 따라 구분한 척도. 외계로부터 날아온 라디오파 신호를 분석하면서 처음으로 제안한 것이다.

Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ 단계로 구분되며, 각 단계의 문명은 고유한 형태의 복사 에너지를 방출하고 있다. 따라서 어떤 외계 종족이 자신의 존재를 숨기고 싶어한다고 하더라도, 그들의 존재는 인간의 관측기구로 감지될 수 있다. 문명이 제 아무리 발달했다고 하더라도 열역학 제2법칙을 거스를 수는 없으므로, 지적 생명체가 사는 곳에서는 엔트로피가 열 에너지 행태로 반드시 방출되고 있어야 한다. 즉, 우주에서 문명의 존재를 완전히 감추는 것은 원리적으로 불가능하다. [1]

제Ⅰ단계는 행성 에너지를 이용하는 문명이다. 이들이 소모하는 에너지의 양은 정확하게 측정될 수 있다. 이들은 자신의 행성에 쏟아지는 에너지를 모두 활용할 수 있으며, 그 양은 약 10페타와트이다. 이 정도의 에너지를 활용할 수 있다면 날씨를 제어하여 허리케인의 방향을 바꾸거나, 바다 위에 도시를 건설할 수도 있다. 이들은 분명히 행성전체를 지배하면서 고도의 문명을 향유하고 있을 것이다. 인류 문명의 경우 지구. 정확하게 말하면 현재(21세기 초반)의 지구 문명도 아직 완벽한 제Ⅰ단계에 이르지는 못한 상태이다.

제Ⅱ단계는 행성 에너지를 모두 소모한 후 가장 가까운 별의 에너지를 끌어다가 쓰는 문명인데, 이들이 활용할 수 있는 에너지의 총량은 대략 100엑사와트 정도이다. 이들은 별이 갖고 있는 모든 에너지를 활용할 수 있으며, 이 정도의 수준이라면 다른 별의 핵융합 반응을 인공적으로 제어할 수도 있을 것이다. 예컨대 인류 문명의 경우 태양. 현재 SETI의 기술 상 이 단계를 넘어서야 감지할 수 있다고 한다.

제Ⅲ단계는 가장 가까운 별의 에너지까지 모두 소모하여, 그들이 속한 은하에 있는 상당수의 별을 식민지화시키는 데에 성공한 문명이다. 에너지를 끌어다 쓸 수 있는 별이 100억 개라면, 활용 가능한 에너지는 무려 1간와트나 된다. 인류 문명의 경우 우리 은하.

각 단계의 문명은 바로 전 단계의 문명보다 100억 배나 많은 에너지를 사용할 수 있다. 이렇듯 각 단계들 사이에는 실로 천문학적인 차이가 존재한다.

2.1 추가점 ¶

칼 세이건은 그의 저서 'Cosmic Connection: An Extraterrestrial Perspective' 에서 현재의 문명수준을 정확하게 평가하기 위해, 문명의 단계를 좀 더 구체적으로 세분화할 것을 제안하였다. 세이건은 지수가 증가할 때마다 소수점 이하 자릿수를 하나씩 증가시켜서 문명의 단계를 세분화했다. 예를 들어, 에너지의 소모량이 100페타와트인 문명은 Ⅰ.1단계에 해당되고 1엑사와트를 소모하는 문명은 Ⅰ.2단계로 분류하는 식이다. 이렇게 따지면 현재의 문명은 0.7단계라고 할 수 있다.[2]숫자만 보면 Ⅰ단계에 꽤 가까이 접근한 것 같지만, 이 정의에 의하면 에너지 소모량이 지금보다 1000배 많아져야 Ⅰ단계 문명에 도달할 수 있다.

또 IV, V, VI 유형이 존재한다.
이 유형들은 카르다세프가 발표한 원래 척도에는 없지만 후대에 와서 추가된 것이다. 제Ⅳ단계는 런던천문대에서 한 사내아이가 미치오 카쿠에게 Ⅳ단계 문명도 있어야 한다고 강력하게 주장해서 만들어진 개념이다. 그의 책 <평행우주>에서 나온 이야기. 이 단계의 문명은 우주의 73%를 이루는 암흑에너지까지 에너지원으로 사용하고 있을 것이다. 즉 우주 전체의 별과 은하를 모두 합한 것보다 훨씬 많은 에너지를 얻을 수 있다! 또 미치오 카쿠는 그의 저서에 굇수 니콜라 테슬라가 진공에서 무한한 에너지를 얻을 수 있다고 주장했다는 사실을 소개하며, 암흑 에너지 개념과 일맥상통한다고 덧붙였다. 역시 그의 정체는 외계인인가?

IV유형은 가시 우주visible universe에서 에너지를 얻는 분류로 보기도 한다. 여기서 더 발전한 V 유형은 가시 우주 이상의 우주 전체의 에너지를 다루는 문명이며 VI 유형은 빅 크런치 같은 우주 멸망이 와도 다른 우주로 벗어날 기술력을 보유했고 평행우주 단위의 에너지를 사용하는 문명을 뜻한다. 실제로 우주 멸망에서 생존하여 하나의 무한우주 전체를 장악한 문명이 타 우주에 미치는 영향을에 관해 다룬 SF작품이 존재한다.

3 A~Z형 ¶

칼 세이건은 위와 동일한 저서에서 문명의 수준을 정보의 양으로 가늠하는 새로운 방법을 고안하였다. 예를 들어, A형 문명은 100만비트에 해당하는 정보를 소유한 문명으로, 문자 없이 언어만으로 의사소통을 하던 원시문명이 여기에 속한다. 그 후, 문자가 발명되면서 원시사회의 정보량은 폭발적으로 증가하기 시작했다.

MIT의 물리학자 필립 모리슨은 고대 그리스에서 출간된 책을 모두 합하면 10억비트가 된다고 평가했는데, 이는 칼 세이건의 분류법에 의하면 C형 문명에 속한다.

세이건은 전 세계의 도서관에 보관되어 있는 책의 수(수억 권)에 평균 페이지 수를 곱하고, 거기에 한 페이지당 평균 글자 수를 곱해 현대문명의 정보량이 대략 10조비트라는 결론을 내렸다. 여기에 사진과 그림 등 영상정보까지 합하면 1000조비트까지 증가하며, 이것은 H형 문명에 해당되는 양이다. 따라서 지구의 문명은 1973년 당시 0.7H단계에 와 있다고 말할 수 있다. 칼 세이건은 이것이 매년 두배 이상씩 늘어난다고 예측했다. [3] 40년이 지난 2011년 당시 측정으로는 그 정보량이 2007년의 저장능력과 동일한 295엑사바이트(Exabyte, EB) = 2950억기가바이트(GB)라고 한다. # 비트로 변환하면 약 23해비트. 2010년 현재의 문명은 대략 0.7L이다. [4]

칼 세이건은 지구의 문명이 Ⅰ.5J~Ⅰ.8K단계에 이르렀을 때 비로소 외계문명과 접촉할 수 있을 것으로 추정하였다. (아마도 정보량의 증가를 심히 과소평가한 모양이다. 그럼 사실 우리는 이미 외계문명과 접촉했는데 숨기는 건가?!) 또한 하나의 은하를 완전히 지배하는 문명을 ⅢQ단계, 그리고 수천 억 개의 은하를 모두 지배하는 문명을 ⅢZ단계로 추정하였다.

4 픽션에서의 예시 ¶

이런 분류에 따라 SF, 스페이스 오페라 등에 등장하는 가상의 국가를 예를 들어 분류해보면

• I 유형 — 하나의 행성에 내리쬐는 에너지를 100% 이용하는 문명 유형.
  화석 연료를 쓰는 현재 지구의 문명은 0.72 정도로 아직 I단계예 다다르지 못했다고 한다.[5] 쉽게 구분하자면 태양계를 벗어나지 못하는 경우Ⅰ 이상 Ⅱ미만 단계. 기동전사 건담 시리즈에 등장하는 지구연방이나 지온의 경우 제Ⅰ단계와 제Ⅱ단계의 중간 정도이다.
  
  
• II 유형 — 항성에서 나오는 에너지를 100% 이용하는 문명 유형.
  이 유형의 문명들은 우주로 다른 성계로 진출하며 워프나 초공간도약을 구사한다. [6] 본격적으로 II 유형의 기준에 부합되는 문명은 다이슨 스피어를 건설하여 항성에서 방출되는 모든 에너지를 활용하는 것이 가능하다. 스타워즈의 은하제국이나 헤일로의 선조가 여기에 해당된다. 사실 대부분의 매체에서는 제Ⅱ단계로 등장한다. 대체로 은하계 전체를 온전히 활용하지 못하면서 은하계의 패권을 노리고 싸우고 있는 형태. 스타트렉의 행성연방도 여기에 해당될듯하다.
  
• III 유형 — 은하에서 나오는 에너지를 100% 이용하는 문명 유형.
  은하 중심부의 초거대질량 블랙홀이나 나선팔의 회전 등, 은하 전체에서 에너지를 얻는게 가능한 문명이다. 그록스와 파운데이션의 은하 제국이 여기 해당된다.
  
• Ⅳ 유형
  경우는 이미 우주를 다 통합한 초월적인 문명이기에 스토리텔링을 만들기 어렵기 때문에 가상의 매체에서도 제대로 등장하는 경우는 극히 드물다. 소설 The Gallifrey Chronicles에서 IV문명이라는 언급이 나온 타임로드나 스포어에서 은하 중심에서 만날 수 있는 인류의 문명이 해당한다. 또 몇몇 하드 SF 작품에서는 우주 전체의 물질과 에너지를 소모하는 신적 인류/외계인 문명들도 나오는 모양.
  
  
• 겁스의 테크 레벨은 이 개념은 참고하지 않은 것 같다.[7] 실제로 겁스 Ultra-Tech에선 TL이 얼마나 빨리 발전하는지에 따라, TL12(사실상의 만렙)를 찍고도 목성까지만 진출할 수도 있고, TL10(일반적인 SF TL)에서도 우주제국을 세울 수 있다고 말하고 있다.

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[1] 거꾸로 이를 이용해서 적어도 이 은하에는 외계인은 없다는 추론에 다다를 수 있다고. 열 에너지를 (외계에서 관측가능한 수준으로 많이) 방출하는 수준에 다다르지 못한 문명을 가진 외계인은 존재할 수 있다. 또한 제 3의 외계 문명이 지구라는 문명을 검출해 낸다는 예를 생각해보면, 지구의 문명이 열 에너지를 방출하는 문명으로 발전한 것은 산업혁명 시기를 따져봐도 약 200년밖에 되지 않았다. 즉, 우리 은하의 지름은 약 9만 8000광년에 두께는 3000광년에 이르는데, 실제로는 지구로부터 200광년 이상 떨어진 어떠한 곳에 위치한 외계 문명도 지구의 열 에너지를 검출해 낼 수 없으므로, 지구에는 문명이 없다고 판단할 수 있다는 것을 염두에 두고 외계인의 존재유무를 판단해야 한다.
[2] 정확히는 1973년, 2011년으로부터 즉 40여년전 칼세이건이 책을 쓰던 시기에는 0.69이고 지금은 0.72라고 한다. # 영문위백
[3] 이 이야기는 10년마다 2단계씩 오른다는 이야기가 된다. 그 정도로 증가한건 아니었고 10년마다 1단계 정도씩 증가했다.
[4] 좀더 높게 잡으면 2009년 500~800엑사바이트라고도 하고, 이게 2012년 현재까지 왔으면 2.0~3.2제타 바이트가 된다. 이 경우 0.7M이다.
[5] 로그 스케일상 약 600배 정도 에너지 사용량이 늘어나야한다.
[6] 애시당초 위 기술이 없으면 다른 성계로 진출할 수도 없고, 설령 하더라도 너무나 속도가 느리다.
[7] 겁스의 테크 레벨은 기술사학적 특이점을 중심개념으로 하고있다.

─━☆그대가 머문자리 클릭☆─━??

[이나라]

으음 계산이 잘안되네요 다만 엄청나게 광활하다는 것
나의 모든 상상력을 다 동원해도 100분의 1도 상상할 수 없다는 것
그래서 너무도 내 자신이 미미하다는 것 그정도 느낌