Tóm tắt trong năm phút
Thang Kardashev xếp hạng một nền văn minh theo lượng năng lượng mà nó có thể đưa vào sử dụng. Văn minh loại I dùng toàn bộ năng lượng đến được hành tinh quê hương của mình. Văn minh loại II dùng toàn bộ công suất của ngôi sao mẹ. Văn minh loại III dùng công suất của cả một thiên hà. Đây là một thí nghiệm tư duy, và cho đến nay chưa ai tìm thấy nền văn minh nào để xếp vào thang này.
Nikolai Kardashev, một nhà thiên văn vô tuyến người Liên Xô, đưa ra ý tưởng này trong một bài báo năm 1964 về việc các nền văn minh ngoài Trái Đất có thể gửi thông điệp xuyên không gian như thế nào. Câu hỏi của ông rất thực tế: một xã hội có thể đủ sức phát đi tín hiệu mạnh đến mức nào? Điều đó phụ thuộc vào lượng công suất họ kiểm soát, nên ông phân loại các nền văn minh có thể có theo công suất. Toàn bộ thang đo bắt nguồn từ lựa chọn duy nhất ấy.
Về sau, ý tưởng này vượt ra ngoài thiên văn học. Các nhà văn khoa học viễn tưởng dùng nó như một cây thước đo độ lớn của tương lai, còn khoa học đại chúng dùng nó để hỏi nhân loại còn phải đi bao xa. Nó cũng gắn với lịch sử khoa học viễn tưởng, nơi những câu chuyện về cỗ máy cỡ ngôi sao và đế chế trải khắp thiên hà đã xuất hiện từ trước khi có ai gán con số cho chúng.
Thang Kardashev: ba loại văn minh
Kardashev mô tả các cấp độ của mình bằng công suất, tức là năng lượng trên mỗi giây, đo bằng watt.
- Loại I, văn minh hành tinh. Kiểm soát xấp xỉ công suất có sẵn trên chính hành tinh của mình. Kardashev đặt mức này gần 4 × 10¹² watt, tương đương nhân loại vào đầu thập niên 1960. Những người đi sau, trong đó có Carl Sagan, làm tròn thành 10¹⁶ watt, nằm trong khoảng ánh sáng Mặt Trời mà một hành tinh như Trái Đất hứng được.
- Loại II, văn minh sao. Dùng toàn bộ công suất của ngôi sao mẹ. Con số của Kardashev là khoảng 4 × 10²⁶ watt, gần với độ trưng của Mặt Trời, khoảng 3,8 × 10²⁶ watt. Bản làm tròn của Sagan là 10²⁶.
- Loại III, văn minh thiên hà. Dùng năng lượng của cả một thiên hà. Kardashev đưa ra khoảng 4 × 10³⁷ watt, còn Sagan làm tròn thành 10³⁶. Tổng ánh sáng mà Ngân Hà phát ra cùng bậc độ lớn này, khoảng 10³⁷ watt.
Hãy để ý các bước nhảy. Theo bản làm tròn của Sagan, mỗi loại điều khiển công suất gấp mười tỷ lần loại liền trước. Các con số gốc của Kardashev còn cách xa hơn: khoảng 10¹⁴ lần từ loại I lên loại II, và khoảng 10¹¹ lần từ loại II lên loại III. Thang đo này được tạo ra để bao quát những khác biệt khổng lồ, chứ không phải để phân biệt tỉ mỉ giữa hai mức gần nhau.
Phiên bản thập phân của Sagan và vị trí của chúng ta
Trong cuốn sách The Cosmic Connection năm 1973, Carl Sagan đề xuất một công thức cho phép một nền văn minh nằm giữa các loại. Nếu P là công suất tính bằng watt, thì K = (log₁₀ P − 6) / 10. Ở 10¹⁶ watt, K bằng 1. Ở 10²⁶ watt, K bằng 2, và ở 10³⁶ watt, K bằng 3.
Nhân loại dùng khoảng 20 terawatt năng lượng sơ cấp, tức 2 × 10¹³ watt. Đưa con số này vào công thức của Sagan, ta được K xấp xỉ 0,73. Chúng ta chưa đạt loại I. Cần có công suất gấp khoảng 500 lần hiện nay. Vì thang đo này là logarit, mỗi bước 0,1 nghĩa là công suất gấp mười lần, nên chặng cuối cùng chính là chặng dốc nhất.
Phần khoa học có cơ sở
Những điều đã được xác lập. Các con số làm nền cho thang đo đều đo được. Công suất của Mặt Trời, lượng ánh sáng Mặt Trời đến Trái Đất (khoảng 1,7 × 10¹⁷ watt) và mức tiêu thụ năng lượng của nhân loại đều đã được biết rõ. Cũng là vật lý vững chắc rằng bất kỳ nền văn minh nào dùng năng lượng đều phải thải nhiệt thừa ra ngoài.
Điểm thứ hai này cho các nhà thiên văn một thứ để tìm kiếm. Năm 1960, nhà vật lý Freeman Dyson gợi ý rằng một nền văn minh thu giữ phần lớn ánh sáng của ngôi sao mẹ sẽ phát sáng trong vùng hồng ngoại, và ta có thể tìm vầng sáng đó. Trang về quả cầu Dyson của chúng tôi trình bày ý tưởng này chi tiết hơn.
Những gì đã được tìm kiếm. Một cuộc khảo sát năm 2015 trên khoảng 100.000 thiên hà, dùng dữ liệu từ kính viễn vọng hồng ngoại WISE của NASA, đã tìm những thiên hà phát sáng bất thường ở vùng hồng ngoại trung, đúng như một nền văn minh loại III có thể tạo ra. Kết quả không có gì chỉ rõ về một nền văn minh trải khắp thiên hà. Cũng trong năm đó, hiện tượng mờ đi kỳ lạ của ngôi sao KIC 8462852, biệt danh ngôi sao Tabby, đã lên các mặt báo. Các nghiên cứu sau này nghiêng về nguyên nhân là bụi thông thường, và không có bằng chứng nào về một công trình của người ngoài hành tinh.
Những gì còn là suy đoán. Mọi điều về việc các nền văn minh có thực sự phát triển theo hướng này hay không đều chỉ là phỏng đoán. Có thể mức tiêu thụ năng lượng không tăng mãi. Có thể các xã hội tiên tiến chọn trở nên hiệu quả hơn thay vì lớn hơn. Bầu trời vắng lặng liên quan trực tiếp đến nghịch lý Fermi: nếu các nền văn minh loại II và III phổ biến, ta sẽ kỳ vọng thấy nhiệt thải của chúng, nhưng đến nay thì không. Thang đo này không giải thích sự im lặng đó. Nó chỉ làm câu hỏi trở nên sắc nét hơn.
Thang Kardashev trong tiểu thuyết và phim ảnh
Những câu chuyện về các nền văn minh khổng lồ đã có từ lâu trước khi có thang đo này. Tiểu thuyết Star Maker (1937) của Olaf Stapledon tưởng tượng các nền văn minh bao bọc ngôi sao của mình bằng những lớp vỏ nhân tạo, hình ảnh mà về sau Dyson nói đã truyền cảm hứng cho ý tưởng của ông. Truyện ngắn "Câu hỏi cuối cùng" (The Last Question, 1956) của Isaac Asimov theo dõi nhân loại cùng mức tiêu thụ năng lượng và những chiếc máy tính của họ lớn dần qua các thời đại, cho đến tầm vóc của cả vũ trụ.
Tiểu thuyết Tam Thể của Lưu Từ Hân (Liu Cixin) đi vào cùng vùng đề tài mà không nhắc tên thang đo. Ở tập đầu, nhân loại gặp dấu hiệu của một nền văn minh vượt xa mình về công nghệ, và câu chuyện hỏi một khoảng cách lớn như vậy có ý nghĩa gì với cả hai phía. Đây là cách hay để cảm nhận khoảng cách giữa các loại văn minh, và cốt truyện của tập mở đầu này có thể đọc mà không cần biết phần còn lại.
Trong trò chuyện thường ngày, người hâm mộ hay dùng các loại này như cách nói gọn. "Một nền văn minh loại II" trong truyện hay trò chơi thường chỉ một xã hội xây dựng ở quy mô của các ngôi sao, dù tác giả không hề nêu con số watt nào.
Những hiểu lầm thường gặp
- "Đây là một quy luật của tự nhiên." Không phải. Đó là một cách phân loại Kardashev đề xuất để sắp xếp một câu hỏi về truyền thông tin. Không có gì nói rằng các nền văn minh nhất định phải leo lên thang này.
- "Nhân loại là loại 0." Bài báo gốc của Kardashev chỉ có ba loại. Ý niệm loại 0 và con số 0,73 xuất phát từ công thức của Sagan về sau.
- "Loại I nghĩa là phủ máy móc kín cả hành tinh." Loại này nói về năng lượng có thể sử dụng, không phải một hình dạng cụ thể. Một xã hội loại I có thể dùng nhiều nguồn năng lượng và vẫn để những vùng rộng lớn hoang dã.
- "Loại cao hơn nghĩa là khôn ngoan hơn." Thang đo chỉ đo công suất. Nó không nói gì về đạo đức, hạnh phúc hay trí tuệ.
- "Có loại IV và loại V chính thức." Một số tác giả đã thêm các loại cao hơn, chẳng hạn một nền văn minh kiểm soát cả vũ trụ. Đây là những phần mở rộng không chính thức và không nằm trong bài báo của Kardashev.
Đọc tiếp
- Quả cầu Dyson: công trình khổng lồ bao quanh ngôi sao mà người ta thường hình dung các nền văn minh loại II xây nên, và cách chúng ta có thể phát hiện nó.
- Nghịch lý Fermi: vì sao việc không thấy nền văn minh nào khiến thang đo này vừa là cây thước vừa là một câu đố.
- Tam Thể: tiểu thuyết về cuộc gặp gỡ với một nền văn minh vượt xa chúng ta.
