Skala Kardashevseberapa banyak energi yang membuat peradaban maju
Dari penguasaan api hingga tenaga lubang hitam, halaman ini mengikuti entri game sepanjang sejarah energi dan menjelaskan skala Kardashev untuk peradaban.
Halaman ini membahas kaitan antara sejarah energi umat manusia dan gagasan untuk memeringkat peradaban menurut energinya, yaitu skala Kardashev. Satu hal dulu: game ini tidak punya "tabel data Kardashev" khusus. Bahan di sini berasal dari dua puluh entri di kolom "Energi" pada Pohon Peradaban, ditambah satu surat di dalam game tentang peringkat Kardashev, serta beberapa penelitian nyata yang terkait. Disatukan, semuanya menunjukkan bagaimana manusia berjalan dari menyalakan api pertama sampai posisi kita sekarang, dan ke mana kita hendak pergi.
Apa itu skala ini
Nikolai Kardashev memeringkat peradaban menurut energi: satu planet, satu bintang, satu galaksi. Umat manusia kini berada di sekitar 0,73. Setiap tingkat naik mengalikan energi sekitar sepuluh miliar kali. Makalahnya terbit pada 1964 dan membagi peradaban menurut energi yang bisa dipakainya menjadi tiga tipe: planeter, stelar, dan galaktik (Kardashev, Soviet Astronomy, 1964). Judul aslinya "Transmission of information by extraterrestrial civilizations".
Langkah sebelumnya adalah gagasan Freeman Dyson pada 1960: peradaban maju akan mengelilingi bintangnya dengan pengumpul cahaya dalam jumlah tak terhitung dan membongkar keberadaannya lewat inframerah (Dyson, Science, 1960). Bisa tidaknya sebuah peradaban terdeteksi bergantung pada seberapa banyak energi yang dipakainya dan seberapa banyak panas buangan yang dilepaskannya.
Garis waktu energi umat manusia
| Entri | Satu fakta |
|---|---|
| Penguasaan api | Abu dan tulang terbakar dari Gua Wonderwerk di Afrika Selatan, berumur sekitar 1 juta tahun, termasuk bukti paling awal penggunaan api oleh manusia. |
| Memasak | Satu hipotesis menyebut bahwa makanan matang membuat manusia mendapat lebih banyak energi dari makanan yang lebih sedikit, sehingga usus memendek dan otak membesar. |
| Tenaga hewan | Bajak dan gerobak lembu membuat satu petani bisa menggarap lahan yang jauh lebih luas. |
| Kincir air | Yunani kuno dan Tiongkok zaman Han sama-sama punya kincir air, tenaga mekanis pertama bagi manusia yang tidak mengandalkan otot. |
| Kincir angin | Bangsa Persia membangun kincir angin pertama, untuk menggiling biji-bijian dan memompa air. |
| Batu bara | Kaifeng, ibu kota Song Utara, sudah membakar batu bara dalam jumlah besar. Hutan pakis zaman Karbon, setelah terkubur, menjadi sebagian besar batu bara masa kini. |
| Mesin uap | Mesin uap yang disempurnakan James Watt pada 1769 membebaskan pabrik dari ketergantungan pada sungai dan mempercepat Revolusi Industri. |
| Minyak bumi | Pada 1859 Edwin Drake mengebor sumur minyak komersial pertama di Amerika Serikat. Minyak bumi terutama berasal dari plankton di laut purba. |
| Mesin pembakaran dalam | Pada 1876 Nikolaus Otto membuat mesin pembakaran dalam empat tak, dan mobil serta pesawat bermula darinya. |
| Pembangkit listrik | Pada 1882 Thomas Edison membangun pembangkit listrik komersial pertama di New York. |
| Tenaga fisi nuklir | Pada 1942 Enrico Fermi membangun reaktor nuklir pertama. Pada 1954 pembangkit Obninsk di Uni Soviet pertama kali memasok listrik ke jaringan. |
| Sel surya | Pada 1954 Bell Labs membuat sel surya silikon praktis pertama, dengan efisiensi sekitar 6%. |
| Baterai litium-ion | Sony meluncurkan baterai litium-ion komersial pada 1991. Ketiga penemunya meraih Hadiah Nobel Kimia 2019. |
| Fusi terkendali | Pada 2022 National Ignition Facility AS untuk pertama kalinya membuat fusi melepaskan energi lebih besar daripada energi laser yang mengenai bahan bakarnya. |
Setiap lompatan pada garis waktu ini memberi manusia sedikit lebih banyak energi untuk dipakai: dari otot, ke air dan angin, ke batu bara, minyak, dan listrik, dan akhirnya tenaga nuklir. Tetapi bahkan hari ini umat manusia masih di 0,73, belum mencapai tingkat "planeter" secara penuh.
Beberapa langkah yang belum terjadi
Setiap butir di bawah ini adalah gagasan yang belum terwujud, bukan sesuatu yang sudah terjadi.
- Pembangkit surya antariksa: Mengumpulkan sinar Matahari di antariksa, bebas dari siang, malam, dan cuaca, lalu memancarkannya kembali ke tanah dengan gelombang mikro.
- Mesin antimateri: Materi dan antimateri saling memusnahkan dan mengubah seluruh massanya menjadi energi, seratus kali lebih efisien daripada fusi nuklir. Tetapi membuat 1 gram antimateri membutuhkan energi jauh lebih besar daripada yang bisa dilepaskannya.
- Gerombolan Dyson: Pengumpul cahaya tak terhitung di sekitar sebuah bintang, yaitu gagasan Dyson di atas.
- Pengangkatan bintang: Memakai medan magnet kuat untuk menarik materi dari permukaan bintang, yang menghasilkan bahan sekaligus dapat memperpanjang umur bintang.
- Tenaga lubang hitam: Pada 1969 Roger Penrose menunjukkan bahwa energi dapat diekstraksi dari ergosfer lubang hitam yang berputar, hingga sekitar 29% massa lubang hitam.
Sains energi
- James Clerk Maxwell menyatukan listrik dan magnet dan menghitung bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik sama persis dengan kecepatan cahaya: cahaya adalah gelombang elektromagnetik (Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1865). Inilah akar teoretis era listrik.
- Bethe menghitung bahwa bintang bersinar lewat fusi nuklir, yang memecahkan teka-teki bagaimana Matahari bisa menyala selama miliaran tahun (Bethe, Physical Review, 1939).
- Susunan laser di darat yang mendorong layar yang sangat ringan dapat mempercepat wahana hingga seperlima kecepatan cahaya (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016). Ini satu contoh "memakai energi untuk perjalanan jauh".
Ingin membaca aslinya? Cari judul-judul ini
- 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"
Dasar nyata
Penguasaan api: Abu dan tulang terbakar berumur sekitar 1 juta tahun dari Gua Wonderwerk di Afrika Selatan adalah salah satu bukti paling awal manusia memakai api.
Memasak: Satu hipotesis menyatakan makanan matang membuat manusia mendapat lebih banyak energi dari makanan yang lebih sedikit, sehingga usus menyusut dan otak membesar.
Tenaga hewan: Bajak dan gerobak sapi membuat seorang petani bisa menggarap lahan yang jauh lebih luas.
Kincir air: Yunani kuno dan Tiongkok zaman Han sama-sama punya kincir air, tenaga mekanis pertama yang didapat manusia tanpa memakai otot.
Kincir angin: Bangsa Persia membangun kincir angin pertama, dipakai untuk menggiling biji-bijian dan memompa air.
Batu bara: Kaifeng, ibu kota Song Utara, sudah membakar batu bara dalam jumlah besar. Sebagian besar batu bara saat ini adalah sisa hutan pakis zaman Karbon yang terkubur.
Mesin uap: Mesin uap penyempurnaan Watt tahun 1769 membebaskan pabrik dari ketergantungan pada sungai dan mempercepat Revolusi Industri.
Minyak bumi: Pada 1859 Drake mengebor sumur minyak komersial pertama, di Amerika Serikat. Minyak bumi sebagian besar berasal dari plankton di laut purba.
Pembangkit listrik: Pada 1882 Edison membangun pembangkit listrik komersial pertama, di New York.
Mesin pembakaran dalam: Otto membuat mesin pembakaran dalam empat langkah pada 1876; mobil dan pesawat terbang sama-sama berawal darinya.
Tenaga fisi nuklir: Fermi membangun reaktor nuklir pertama pada 1942; pada 1954 pembangkit Obninsk di Uni Soviet pertama kali mengalirkan listrik ke jaringan.
Sel surya: Pada 1954 Bell Labs membuat sel surya silikon praktis pertama, dengan efisiensi sekitar 6%.
Tenaga angin modern: Generator turbin angin besar sering memakai magnet permanen neodimium-besi-boron; satu turbin lepas pantai membutuhkan ratusan kilogram tanah jarang.
Baterai litium-ion: Sony meluncurkan baterai litium-ion komersial pada 1991; ketiga penemunya memenangkan Hadiah Nobel Kimia 2019.
Fusi terkendali: Pada 2022 National Ignition Facility AS untuk pertama kalinya membuat fusi melepaskan energi lebih besar daripada energi laser yang mengenai bahan bakar.
Stasiun tenaga surya antariksa: Mengumpulkan sinar Matahari di antariksa, tak terpengaruh siang, malam, atau cuaca, lalu memancarkannya ke tanah sebagai gelombang mikro.
Mesin antimateri: Anihilasi materi–antimateri mengubah seluruh massa menjadi energi, ratusan kali lebih efisien daripada fusi. Namun membuat 1 g antimateri memerlukan energi jauh lebih besar daripada yang bisa dilepaskannya.
Kawanan Dyson: Dyson mengusulkan pada 1960 bahwa peradaban maju akan mengelilingi bintangnya dengan tak terhitung pengumpul cahaya, sehingga terlihat jelas dalam inframerah.
Pengangkatan bintang: Memakai medan magnet kuat untuk menarik materi dari permukaan bintang, memperoleh bahan baku sekaligus memperpanjang umur bintang.
Tenaga lubang hitam: Penrose menunjukkan pada 1969 bahwa energi dapat diekstrak dari ergosfer lubang hitam yang berputar, hingga sekitar 29% massa lubang hitam.
Kardashev menyusun peringkat peradaban menurut energi: satu planet, satu bintang, satu galaksi. Umat manusia kini sekitar tingkat 0,73. Setiap kenaikan tingkat butuh energi sekitar sepuluh miliar kali lebih banyak.
Riset terkait
Studi-studi ini berkaitan dengan topik ini tetapi bukan bukti langsung untuk halaman ini.
Apa yang menyalakan bintang: Bethe menghitung bahwa bintang bersinar karena fusi nuklir, memecahkan teka-teki bagaimana Matahari bisa menyala miliaran tahun.
Sumber: Bethe, Physical Review 1939, "Energy production in stars"
Teori medan elektromagnetik: Maxwell menyatukan listrik dan magnet dan menghitung bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya: cahaya adalah gelombang elektromagnetik.
Sumber: Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society 1865, "A dynamical theory of the electromagnetic field"
Bola Dyson: Peradaban yang cukup maju mungkin membungkus bintangnya, dan kita bisa menemukannya lewat radiasi inframerah yang janggal.
Sumber: Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"
Skala peradaban: Mengelompokkan peradaban menjadi tiga tipe menurut energi yang bisa dipakai: planet, bintang, dan galaksi.
Sumber: Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"
Layar cahaya menuju bintang: Mendorong layar cahaya ultraringan dengan susunan laser dari darat bisa mempercepat wahana hingga seperlima kecepatan cahaya.
Sumber: Lubin, Journal of the British Interplanetary Society 2016, "A roadmap to interstellar flight"
Proyek sumber terbuka terkait
Our World in Data Grapher
1,57 rb bintang
owid/owid-grapher
Mesin grafik di balik Our World in Data. Populasi, harapan hidup, energi, dan emisi karbon: ribuan grafik dengan garis waktu yang bisa digeser.