Мичио Каку - Физика будущего
К примеру, представим себе цивилизацию на планете, где компьютеры в принципе невозможны, поскольку ее атмосфера хорошо проводит электричество. В любом электрическом устройстве в таких условиях быстро произойдет короткое замыкание и возникнут искры, так что этой цивилизации будут доступны только самые примитивные формы электрических приборов.
Любой мощный генератор или компьютер быстро сгорит. Можно вообразить, что такая цивилизация сможет рано или поздно освоить производство энергии из ископаемого топлива и даже ядерной энергии, но не научится обрабатывать большие объемы информации. На такой планете трудно создать Интернет или глобальную систему телекоммуникаций, что, естественно, будет тормозить развитие экономики и науки. Такая цивилизация сможет подняться по кардашёвской шкале, но без компьютеров продвижение ее будет медленным и болезненным.
Карл Саган предложил другую классификацию, основанную на информационных возможностях. Он разработал систему, в которой буквы английского алфавита, от А до Z, соответствуют определенным объемам информации. Цивилизация типа А способна обрабатывать лишь миллион единиц информации, что соответствует цивилизации без письменности, где информация передается только устно. Если собрать всю информацию, дошедшую до нас из Древней Греции — цивилизации с развитым письменным языком и богатой литературой, мы получим около миллиарда единиц информации, что соответствует цивилизации типа С. Двигаясь по шкале вверх, можно оценить количество информации, с которой имеет дело современная цивилизация. Согласно квалифицированной оценке, сегодня человечество соответствует типу Н. Совместив энергетическую и информационную оценки, получим тип 0, 7Н.
В последние годы на первый план вышел еще один фактор: загрязнение окружающей среды и отходы. Энергии и информации недостаточно, чтобы всесторонне оценить цивилизацию. Более того, чем больше энергии потребляет цивилизация и чем больше информации производит, тем сильнее страдает окружающая среда. Вопрос не академический, поскольку отходы цивилизаций I или II типа могут их попросту погубить.
К примеру, цивилизация II типа потребляет всю энергию, излучаемую звездой. Предположим, что двигатели, которые она использует, имеют КПД 50 %, т. е. половину потребляемой энергии переводят в полезную работу, а вторую половину выделяют в форме бесполезного тепла. Это может привести к настоящей катастрофе, ведь температура на планете будет расти, пока она не расплавится! Представьте себе планету с миллиардами угольных станций, выделяющих газы и тепло в громадных количествах, до тех пор, пока жизнь на планете не станет невозможной.
Фримен Дайсон однажды даже предлагал искать в космосе цивилизации II типа как объекты, от которых исходит преимущественно инфракрасное излучение, а не видимый свет и не рентгеновские лучи. Дело в том, что цивилизация II типа, даже если бы хотела скрыть свое присутствие от внешнего мира и построила вокруг своей звезды замкнутую сферу, все равно производила бы достаточно паразитного тепла, чтобы эта сфера ярко светилась в инфракрасном диапазоне. Дайсон предложил астрономам поискать звездные системы с инфракрасным в основном излучением. (Таких систем, однако, не нашлось.)
Но здесь возникает новый тревожный вопрос: бесконтрольный рост энергопотребления для любой цивилизации означает самоубийство. Таким образом, мы видим, что энергия и информация — не все, в чем нуждается цивилизация для успешного продвижения по шкале прогресса. Нужна новая шкала, которая принимала бы во внимание эффективность, паразитное тепло и загрязнение окружающей среды. Такая шкала разработана, и основывается она на концепции энтропии.
Классификация цивилизаций по энтропии
В идеале нам нужна цивилизация, растущая в плане энерговооруженности и обработки информации, но делающая это разумно, так чтобы планета не превратилась в невыносимо жаркую замусоренную пустыню.
Очень наглядно все это показано в диснеевском мультфильме «Валл-И», в котором по сюжету в отдаленном будущем человек так загадил и испортил планету, что бросил ее как есть и переселился на роскошные космические корабли, где ведет легкую и приятную жизнь.
Именно здесь в игру вступают законы термодинамики. Первое начало утверждает, что невозможно получить что-нибудь даром, т. е. бесплатного сыра не бывает. Иными словами, сумма вещества и энергии во Вселенной постоянна. В главе 3, однако, мы выяснили, что второй закон термодинамики гораздо интереснее первого и, более того, когда-нибудь именно он может определить судьбу продвинутой цивилизации. Попросту говоря, второй закон термодинамики утверждает, что полное количество энтропии (беспорядка, или хаоса) во Вселенной растет. Это означает, что не может быть ничего вечного; все должно гнить, разлагаться, ржаветь, стареть или разваливаться. (Невозможно увидеть, чтобы энтропия уменьшалась. Так, ни один человек не видел, чтобы жареное яйцо спрыгнуло со сковородки и упаковалось обратно в скорлупу. Никто не видел, чтобы растворенные в чае крупинки сахара вдруг обратно запрыгнули в ложку. Вероятность такого события настолько мала, что даже выразить это словами невозможно.)
Итак, если гипотетическая цивилизация будущего начнет бездумно производить энергию, развиваясь и переходя к типу II или III, она получит так много паразитного тепла, что ее родная планета станет непригодной для жизни. Энтропия в форме паразитного тепла, хаоса и загрязнения окружающей среды, по существу, уничтожит цивилизацию. Точно так же, если ради производства информации цивилизация будет вырубать леса и громоздить горы бумажных отходов, она окажется погребенной под собственным информационным мусором.
Придется ввести еще одну шкалу для оценки и классификации цивилизаций. Введем два новых типа цивилизаций. Первый тип — цивилизация, сдерживающая рост энтропии и использующая все средства, находящиеся в ее распоряжении, для ограничения выбросов тепла и накопления отходов. По мере роста (экспоненциального) ее энергетических запросов такая цивилизация неизбежно осознает, что дальнейший рост энергопотребления может сделать планету непригодной для жизни. Конечно, полную энтропию, возникающую в результате деятельности продвинутой цивилизации, ограничить невозможно; она и дальше будет расти по экспоненте, это неизбежно. Но местную энтропию на планете можно даже уменьшить, если разумно использовать нанотехнологии и возобновляемые источники энергии, исключить лишние потери и неэффективность.
Второй тип — это цивилизация, которая, не задумываясь о росте энтропии, продолжает расширяться и без конца увеличивать энергопотребление. Со временем, если родная планета становится непригодной для жизни, такая цивилизация пытается оставить ее и переселиться на другие планеты. Но создание колоний в открытом космосе — дорогое удовольствие, а возможности экстенсивного расширения небеспредельны. Если окажется, что рост энтропии опережает способность цивилизации к экспансии, ей будет грозить гибель.
Стать не властителями природы, а ее хранителями
Как уже упоминалось, в древности человечество пассивно созерцало танец природы, в изумлении взирая на окружающие его со всех сторон загадки и тайны. Сегодня человек скорее напоминает хореографа, он то и дело вмешивается в танец, корректируя силы природы то там, то здесь. К 2100 г. человек станет властелином природы, научится силой мысли двигать предметы, обретет власть над жизнью и смертью и потянется к звездам.
Но став властелином природы, человек должен быть и ее хранителем. Стоит допустить неумеренный рост энтропии — и законы термодинамики погубят человечество. Цивилизация II типа по определению потребляет энергии столько, сколько выделяет звезда, и если все это потребление будет происходить на Земле, ее поверхность разогреется до весьма высоких температур. Но способы контролировать энтропию и сдерживать ее рост все же существуют.
К примеру, если посмотреть в музее на паровоз XIX в. с его огромным котлом и вагонами черного угля, можно увидеть, насколько он был неэффективен. Он производил полезную работу, но терял при этом огромное количество энергии в виде паразитного тепла и вредных отходов. Если сравнить его с беззвучным и обтекаемым современным электропоездом, несложно убедиться, что энергию мы сегодня используем гораздо эффективнее. Необходимость в гигантских угольных электростанциях, выбрасывающих в воздух громадное количество тепла и загрязняющих веществ, можно серьезно снизить за счет повышения эффективности машин и приборов, за счет использования возобновляемых источников энергии и миниатюризации. Нанотехнологии, уменьшая машины до атомных размеров, дают нам возможность еще сильнее ограничить тепловое загрязнение.
