Kardaschow-Skalawie viel Energie macht eine Zivilisation fortgeschritten

Von der Beherrschung des Feuers bis zur Kraft Schwarzer Löcher folgt diese Seite den Einträgen des Spiels entlang der Geschichte der Energie und erklärt die Kardaschow-Skala der Zivilisationen.

Diese Seite handelt vom Zusammenhang zwischen der Energiegeschichte der Menschheit und einer Idee, Zivilisationen nach Energie einzustufen, der Kardaschow-Skala. Vorab eines: Das Spiel hat keine eigene „Kardaschow-Datentabelle“. Das Material hier stammt aus den zwanzig Einträgen der Spalte „Energie“ im Baum der Zivilisation, dazu einem Brief im Spiel über die Kardaschow-Einstufung und mehreren verwandten realen Studien. Zusammen zeigen sie, wie die Menschen vom ersten entfachten Feuer dorthin kamen, wo wir jetzt stehen, und wohin wir wollen.

Was die Skala ist

Nikolai Kardaschow stufte Zivilisationen nach Energie ein: ein Planet, ein Stern, eine Galaxie. Die Menschheit steht jetzt bei etwa 0,73. Jede Stufe nach oben vervielfacht die Energie um etwa zehn Milliarden. Seine Arbeit erschien 1964 und teilte Zivilisationen nach der nutzbaren Energie in drei Typen ein: planetar, stellar und galaktisch (Kardashev, Soviet Astronomy, 1964). Ihr Originaltitel lautet „Transmission of information by extraterrestrial civilizations“.

Ein früherer Schritt war Freeman Dysons Idee von 1960: Eine fortgeschrittene Zivilisation würde ihren Stern mit unzähligen Lichtsammlern umgeben und sich dadurch im Infraroten verraten (Dyson, Science, 1960). Ob man eine Zivilisation entdecken kann, hängt davon ab, wie viel Energie sie nutzt und wie viel Abwärme sie abgibt.

Die Energie-Zeitleiste der Menschheit

Eintrag	Ein Fakt
Beherrschung des Feuers	Asche und verbrannte Knochen aus der Wonderwerk-Höhle in Südafrika, etwa 1 Million Jahre alt, gehören zu den frühesten Belegen für die Nutzung des Feuers durch Menschen.
Kochen	Eine Hypothese besagt, dass gekochtes Essen den Menschen erlaubte, aus weniger Nahrung mehr Energie zu gewinnen, sodass der Darm kürzer und das Gehirn größer wurde.
Tierkraft	Pflug und Ochsenkarren ließen einen einzelnen Bauern viel mehr Land bearbeiten.
Wasserrad	Sowohl das antike Griechenland als auch das Han-China hatten Wasserräder, die erste mechanische Kraft des Menschen, die nicht auf Muskeln beruhte.
Windmühle	Die Perser bauten die ersten Windmühlen, um Getreide zu mahlen und Wasser zu pumpen.
Kohle	Kaifeng, die Hauptstadt der Nördlichen Song, verbrannte schon große Mengen Kohle. Die Farnwälder des Karbons wurden, einst begraben, zum größten Teil der heutigen Kohle.
Dampfmaschine	Die von James Watt 1769 verbesserte Dampfmaschine befreite Fabriken von der Abhängigkeit von Flüssen und beschleunigte die Industrielle Revolution.
Erdöl	1859 bohrte Edwin Drake in den USA die erste kommerzielle Ölquelle. Erdöl stammt hauptsächlich von Plankton in alten Meeren.
Verbrennungsmotor	1876 baute Nikolaus Otto den Viertakt-Verbrennungsmotor, und Autos und Flugzeuge nahmen von ihm ihren Anfang.
Kraftwerk	1882 baute Thomas Edison in New York das erste kommerzielle Kraftwerk.
Kernspaltungs-Kraft	1942 baute Enrico Fermi den ersten Kernreaktor. 1954 speiste das Kraftwerk Obninsk in der Sowjetunion erstmals Strom in ein Netz ein.
Solarzellen	1954 stellten die Bell Labs die erste praxistaugliche Silicium-Solarzelle her, mit einem Wirkungsgrad von etwa 6 %.
Lithium-Ionen-Akku	Sony brachte 1991 den kommerziellen Lithium-Ionen-Akku auf den Markt. Seine drei Erfinder erhielten 2019 den Nobelpreis für Chemie.
Kontrollierte Kernfusion	2022 brachte die US-amerikanische National Ignition Facility erstmals eine Fusion dazu, mehr Energie freizusetzen als die Laserenergie, die auf den Brennstoff traf.

Jeder Sprung auf dieser Zeitleiste gab den Menschen etwas mehr nutzbare Energie: von Muskeln über Wasser und Wind zu Kohle, Erdöl und Elektrizität und schließlich zur Kernkraft. Doch selbst heute steht die Menschheit bei 0,73 und erreicht damit nicht einmal die ganze „planetare“ Stufe.

Ein paar Schritte, die noch nicht geschehen sind

Jeder der folgenden Punkte ist eine noch nicht verwirklichte Idee, nichts, was schon geschehen ist.

Weltraum-Solarkraftwerk: Sonnenlicht im All einsammeln, unabhängig von Tag, Nacht und Wetter, und per Mikrowelle zum Boden zurückschicken.
Antimaterie-Triebwerk: Materie und Antimaterie vernichten sich gegenseitig und wandeln ihre ganze Masse in Energie um, hundertmal effizienter als Kernfusion. Doch die Herstellung von 1 Gramm Antimaterie braucht weit mehr Energie, als sie freisetzen kann.
Dyson-Schwarm: Die unzähligen Lichtsammler um einen Stern, also Dysons Idee von oben.
Sternheben: Mit starken Magnetfeldern Materie von der Oberfläche eines Sterns abziehen, was sowohl Rohstoffe liefert als auch das Leben des Sterns verlängern kann.
Kraft Schwarzer Löcher: 1969 wies Roger Penrose darauf hin, dass sich aus der Ergosphäre eines rotierenden Schwarzen Lochs Energie gewinnen lässt, bis zu etwa 29 % der Masse des Schwarzen Lochs.

Die Wissenschaft der Energie

James Clerk Maxwell vereinte Elektrizität und Magnetismus und berechnete, dass die Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen genau der Lichtgeschwindigkeit entspricht: Licht ist eine elektromagnetische Welle (Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1865). Das ist die theoretische Wurzel des Elektrizitätszeitalters.
Bethe rechnete aus, dass Sterne durch Kernfusion leuchten, und löste damit das Rätsel, wie die Sonne Milliarden Jahre lang brennen kann (Bethe, Physical Review, 1939).
Eine bodengestützte Laseranlage, die ein extrem leichtes Segel antreibt, könnte eine Sonde auf ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016). Das ist ein Beispiel für „Energie für lange Reisen nutzen“.

Die Originale gesucht? Such nach diesen Titeln

Kardashev (1964): „Transmission of information by extraterrestrial civilizations“
Dyson (1960): „Search for artificial stellar sources of infrared radiation“
Maxwell (1865): „A dynamical theory of the electromagnetic field“
Bethe (1939): „Energy production in stars“
Lubin (2016): „A roadmap to interstellar flight“

Reale Grundlage

Beherrschung des Feuers: Asche und verbrannte Knochen, etwa 1 Million Jahre alt, aus der Wonderwerk-Höhle in Südafrika zählen zu den frühesten Belegen für die Nutzung des Feuers durch Menschen.
Kochen: Eine Hypothese besagt, gekochte Nahrung habe Menschen aus weniger Essen mehr Energie gegeben, sodass der Darm schrumpfte und das Gehirn wuchs.
Tierkraft: Pflug und Ochsenkarren ließen einen Bauern weit mehr Land bearbeiten.
Wasserrad: Das antike Griechenland und das Han-China hatten beide Wasserräder, die erste mechanische Kraft, die Menschen ohne Muskeln gewannen.
Windmühle: Die Perser bauten die ersten Windmühlen, um Getreide zu mahlen und Wasser zu pumpen.
Kohle: Kaifeng, die Hauptstadt der Nördlichen Song, verbrannte schon riesige Mengen Kohle. Der Großteil der heutigen Kohle sind die vergrabenen Reste von Farnwäldern des Karbons.
Dampfmaschine: Watts verbesserte Dampfmaschine von 1769 machte Fabriken unabhängig von Flüssen und beschleunigte die Industrielle Revolution.
Erdöl: 1859 bohrte Drake in den USA die erste kommerzielle Ölquelle. Erdöl stammt größtenteils von Plankton in urzeitlichen Meeren.
Kraftwerk: 1882 baute Edison in New York das erste kommerzielle Kraftwerk.
Verbrennungsmotor: Otto baute 1876 den Viertakt-Verbrennungsmotor; Autos und Flugzeuge gehen beide auf ihn zurück.
Kernspaltungsenergie: Fermi baute 1942 den ersten Kernreaktor; 1954 speiste das sowjetische Kraftwerk Obninsk erstmals Strom in ein Netz ein.
Solarzellen: 1954 baute Bell Labs die erste brauchbare Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von etwa 6 %.
Moderne Windkraft: Die Generatoren großer Windturbinen nutzen oft Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnete; eine Offshore-Turbine braucht Hunderte Kilogramm Seltene Erden.
Lithium-Ionen-Akku: Sony brachte 1991 den kommerziellen Lithium-Ionen-Akku auf den Markt; seine drei Erfinder erhielten 2019 den Chemie-Nobelpreis.
Kontrollierte Fusion: 2022 brachte die US-amerikanische National Ignition Facility die Fusion erstmals dazu, mehr Energie freizusetzen, als die auf den Brennstoff treffende Laserenergie betrug.
Weltraum-Solarkraftwerk: Sammelt Sonnenlicht im All, unabhängig von Tag, Nacht und Wetter, und strahlt es als Mikrowellen zum Boden.
Antimaterie-Triebwerk: Bei der Annihilation von Materie und Antimaterie wird die gesamte Masse zu Energie, hundertfach effizienter als Fusion. Aber 1 g Antimaterie herzustellen kostet weit mehr Energie, als es freisetzen kann.
Dyson-Schwarm: Dyson schlug 1960 vor, fortgeschrittene Zivilisationen würden ihre Sterne mit unzähligen Lichtsammlern umgeben und sich so im Infrarot verraten.
Sternhebung: Mit starken Magnetfeldern Materie von der Sternoberfläche abziehen: Man gewinnt Rohstoffe und verlängert zugleich die Lebensdauer des Sterns.
Schwarzloch-Energie: Penrose zeigte 1969, dass sich aus der Ergosphäre eines rotierenden Schwarzen Lochs Energie gewinnen lässt, bis zu etwa 29 % der Masse des Lochs.
Kardaschow ordnete Zivilisationen nach Energie: ein Planet, ein Stern, eine Galaxie. Die Menschheit steht jetzt bei etwa Stufe 0,73. Jede Stufe höher braucht etwa zehn Milliarden Mal mehr Energie.