Escala de Kardashevcuánta energía hace avanzada a una civilización
Del control del fuego al poder de los agujeros negros, esta página sigue las entradas del juego a lo largo de la historia de la energía y explica la escala de Kardashev de las civilizaciones.
Esta página trata del vínculo entre la historia de la energía de la humanidad y una idea para clasificar civilizaciones según su energía, la escala de Kardashov. Una aclaración primero: el juego no tiene una "tabla de datos de Kardashov" dedicada. El material de aquí sale de las veinte fichas de la columna "Energía" del Árbol de la Civilización, de una carta del juego sobre la clasificación de Kardashov y de varios estudios reales relacionados. En conjunto muestran cómo los humanos pasaron de encender el primer fuego a donde estamos ahora, y adónde queremos llegar.
Qué es la escala
Nikolai Kardashov clasificó las civilizaciones por energía: un planeta, una estrella, una galaxia. La humanidad está ahora en torno a 0,73. Cada escalón multiplica la energía por unos diez mil millones. Su artículo se publicó en 1964 y dividió las civilizaciones, según la energía que pueden usar, en tres tipos: planetaria, estelar y galáctica (Kardashev, Soviet Astronomy, 1964). Su título original es "Transmission of information by extraterrestrial civilizations".
Un paso anterior fue la idea de Freeman Dyson de 1960: una civilización avanzada rodearía su estrella con innumerables colectores de luz y se delataría en el infrarrojo (Dyson, Science, 1960). Que una civilización pueda detectarse depende de cuánta energía usa y de cuánto calor residual emite.
Cronología de la energía de la humanidad
| Ficha | Un dato |
|---|---|
| Control del fuego | Las cenizas y huesos quemados de la cueva de Wonderwerk, en Sudáfrica, de cerca de 1 millón de años, están entre las evidencias más antiguas del uso humano del fuego. |
| Cocinar | Una hipótesis sostiene que la comida cocinada permitió a los humanos obtener más energía con menos comida, así que el intestino se acortó y el cerebro creció. |
| Fuerza animal | El arado y la carreta de bueyes permitieron a un agricultor trabajar mucha más tierra. |
| Rueda hidráulica | Tanto la antigua Grecia como la China Han tuvieron ruedas hidráulicas, la primera fuerza mecánica humana que no dependía de los músculos. |
| Molino de viento | Los persas construyeron los primeros molinos de viento para moler grano y bombear agua. |
| Carbón | Kaifeng, capital de la dinastía Song del Norte, ya quemaba carbón en grandes cantidades. Los bosques de helechos del Carbonífero, una vez enterrados, se convirtieron en la mayor parte del carbón de hoy. |
| Máquina de vapor | La máquina de vapor que James Watt mejoró en 1769 liberó a las fábricas de depender de los ríos y aceleró la Revolución Industrial. |
| Petróleo | En 1859 Edwin Drake perforó el primer pozo de petróleo comercial en Estados Unidos. El petróleo viene sobre todo del plancton de mares antiguos. |
| Motor de combustión interna | En 1876 Nikolaus Otto construyó el motor de combustión interna de cuatro tiempos, y de él partieron los automóviles y los aviones. |
| Central eléctrica | En 1882 Thomas Edison construyó la primera central eléctrica comercial en Nueva York. |
| Energía de fisión nuclear | En 1942 Enrico Fermi construyó el primer reactor nuclear. En 1954 la central de Obninsk, en la Unión Soviética, suministró por primera vez energía a una red. |
| Celdas solares | En 1954 Bell Labs hizo la primera celda solar de silicio práctica, con una eficiencia de cerca del 6 %. |
| Batería de iones de litio | Sony lanzó la batería comercial de iones de litio en 1991. Sus tres inventores ganaron el Nobel de Química de 2019. |
| Fusión controlada | En 2022 la Instalación Nacional de Ignición de EE. UU. logró por primera vez que una fusión liberara más energía que la energía del láser que golpeó el combustible. |
Cada salto de esta cronología dio a los humanos un poco más de energía para usar: de los músculos al agua y el viento, al carbón, el petróleo y la electricidad, y por fin a la energía nuclear. Pero incluso hoy la humanidad sigue en 0,73, sin llegar siquiera al nivel "planetario" completo.
Algunos pasos que aún no han ocurrido
Cada punto de abajo es una idea aún no realizada, no algo que haya sucedido.
- Central solar espacial: Captar luz solar en el espacio, sin día, noche ni clima, y enviarla de vuelta al suelo por microondas.
- Motor de antimateria: La materia y la antimateria se aniquilan y convierten toda su masa en energía, cien veces más eficiente que la fusión nuclear. Pero fabricar 1 gramo de antimateria cuesta mucha más energía de la que puede liberar.
- Enjambre de Dyson: Los innumerables colectores de luz alrededor de una estrella, que es la idea de Dyson de arriba.
- Extracción estelar: Usar campos magnéticos intensos para sacar materia de la superficie de una estrella, lo que da materiales y además puede alargar la vida de la estrella.
- Energía de agujeros negros: En 1969 Roger Penrose señaló que se puede extraer energía de la ergosfera de un agujero negro en rotación, hasta cerca del 29 % de la masa del agujero negro.
La ciencia de la energía
- James Clerk Maxwell unificó la electricidad y el magnetismo y calculó que la velocidad de las ondas electromagnéticas es exactamente la de la luz: la luz es una onda electromagnética (Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1865). Esta es la raíz teórica de la era de la electricidad.
- Bethe dedujo que las estrellas brillan por fusión nuclear, lo que resolvió el enigma de cómo el Sol puede arder durante miles de millones de años (Bethe, Physical Review, 1939).
- Una batería de láseres en tierra que empuje una vela extremadamente ligera podría acelerar una sonda hasta una quinta parte de la velocidad de la luz (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016). Es un ejemplo de "usar la energía para viajes largos".
¿Quieres los originales? Busca estos títulos
- 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"
Base real
Control del fuego: La ceniza y los huesos quemados de hace cerca de 1 millón de años de la cueva Wonderwerk, en Sudáfrica, son de las primeras pruebas del uso del fuego por los humanos.
Cocina: Una hipótesis dice que la comida cocinada permitió a los humanos obtener más energía con menos comida, así que el intestino se encogió y el cerebro creció.
Fuerza animal: El arado y el carro de bueyes permitieron que un solo agricultor trabajara mucha más tierra.
Rueda hidráulica: La antigua Grecia y la China Han tenían ruedas hidráulicas, la primera fuerza mecánica que obtuvieron los humanos sin usar músculos.
Molino de viento: Los persas construyeron los primeros molinos de viento, usados para moler grano y bombear agua.
Carbón: Kaifeng, la capital de la Song del Norte, ya quemaba carbón en cantidades enormes. La mayor parte del carbón de hoy son los restos enterrados de los bosques de helechos del Carbonífero.
Máquina de vapor: La máquina de vapor mejorada de Watt, de 1769, liberó a las fábricas de depender de los ríos y aceleró la Revolución Industrial.
Petróleo: En 1859, Drake perforó el primer pozo petrolero comercial, en Estados Unidos. El petróleo viene sobre todo del plancton de mares antiguos.
Central eléctrica: En 1882, Edison construyó la primera central eléctrica comercial, en Nueva York.
Motor de combustión interna: Otto construyó el motor de combustión interna de cuatro tiempos en 1876; los autos y los aviones partieron de él.
Energía de fisión nuclear: Fermi construyó el primer reactor nuclear en 1942; en 1954, la central soviética de Obninsk inyectó electricidad a una red por primera vez.
Celdas solares: En 1954, Bell Labs construyó la primera celda solar práctica de silicio, con una eficiencia de cerca del 6 %.
Energía eólica moderna: Los generadores de los grandes aerogeneradores suelen usar imanes permanentes de neodimio-hierro-boro; una sola turbina marina necesita cientos de kilogramos de tierras raras.
Batería de iones de litio: Sony lanzó la batería comercial de iones de litio en 1991; sus tres inventores ganaron el Premio Nobel de Química de 2019.
Fusión controlada: En 2022, la National Ignition Facility de EE. UU. logró por primera vez que la fusión liberara más energía que la energía láser que golpeó el combustible.
Central solar espacial: Capta la luz del sol en el espacio, sin que le afecten el día, la noche ni el clima, y la envía a tierra en forma de microondas.
Motor de antimateria: La aniquilación de materia y antimateria convierte toda la masa en energía, cientos de veces más eficiente que la fusión. Pero fabricar 1 g de antimateria cuesta mucha más energía de la que puede liberar.
Enjambre de Dyson: Dyson propuso en 1960 que las civilizaciones avanzadas rodearían sus estrellas con innumerables colectores de luz y se delatarían en el infrarrojo.
Elevación estelar: Usar campos magnéticos intensos para arrancar materia de la superficie de una estrella, con lo que se obtiene materia prima y además se alarga la vida de la estrella.
Energía de agujero negro: Penrose señaló en 1969 que se puede extraer energía de la ergosfera de un agujero negro en rotación, hasta cerca del 29 % de la masa del agujero.
Kardashov clasificó las civilizaciones por energía: un planeta, una estrella, una galaxia. La humanidad está ahora en cerca del nivel 0,73. Cada nivel que se sube necesita unas diez mil millones de veces más energía.
Investigación relacionada
Estos estudios tienen relación con el tema, pero no son una prueba directa de esta página.
Qué da energía a las estrellas: Bethe calculó que las estrellas brillan por fusión nuclear y resolvió el enigma de cómo el Sol puede arder durante miles de millones de años.
Fuente:Bethe, Physical Review 1939, "Energy production in stars"
Teoría del campo electromagnético: Maxwell unificó la electricidad y el magnetismo y calculó que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual a la de la luz: la luz es una onda electromagnética.
Fuente:Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society 1865, "A dynamical theory of the electromagnetic field"
Esfera de Dyson: Una civilización lo bastante avanzada podría envolver su estrella, y podríamos hallarla por una radiación infrarroja anómala.
Fuente:Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"
Escala de las civilizaciones: Clasifica las civilizaciones en tres tipos según la energía que pueden usar: planetaria, estelar y galáctica.
Fuente:Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"
Velas de luz hacia las estrellas: Empujar velas de luz ultraligeras con una red de láseres en tierra podría acelerar sondas hasta una quinta parte de la velocidad de la luz.
Fuente:Lubin, Journal of the British Interplanetary Society 2016, "A roadmap to interstellar flight"
Proyectos de código abierto relacionados
Our World in Data Grapher
1,57 mil estrellas
owid/owid-grapher
El motor de gráficos detrás de Our World in Data. Población, esperanza de vida, energía y emisiones de carbono: miles de gráficos con una línea de tiempo que puedes arrastrar.