카르다셰프 척도에너지를 얼마나 쓰면 발달한 문명일까

불의 사용부터 블랙홀 동력까지, 이 페이지는 에너지의 역사를 따라 게임 항목을 훑고 문명의 카르다셰프 척도를 설명한다.

이 페이지는 인류의 에너지 역사와, 에너지로 문명의 등급을 매기는 발상인 카르다쇼프 척도 사이의 연결을 다룹니다. 먼저 밝혀 둘 것이 있습니다. 게임에는 전용 '카르다쇼프 데이터 표'가 없습니다. 여기 나온 내용은 문명의 나무 '에너지' 열의 항목 20개와 카르다쇼프 등급을 다룬 게임 속 편지 한 통, 그리고 관련된 실제 연구 몇 가지에서 가져왔습니다. 합치면 인류가 첫 불을 피운 때부터 지금 어디까지 왔고, 어디로 가려 하는지 보입니다.

척도란 무엇인가

니콜라이 카르다쇼프는 문명을 에너지로 줄 세웠습니다. 행성 하나, 별 하나, 은하 하나입니다. 인류는 지금 약 0.73입니다. 한 단계 오를 때마다 에너지는 약 100억 배가 됩니다. 그의 논문은 1964년에 나왔고, 문명을 쓸 수 있는 에너지에 따라 행성, 항성, 은하의 세 유형으로 나눴습니다 (Kardashev, Soviet Astronomy, 1964). 원래 제목은 「외계 문명에 의한 정보 전달」입니다.

그보다 앞선 한 걸음은 1960년 프리먼 다이슨의 발상입니다. 발달한 문명은 자기 별을 무수한 집광기로 둘러싸고, 적외선으로 자신을 드러낼 것이라는 생각입니다 (Dyson, Science, 1960). 문명이 눈에 띄는지는 에너지를 얼마나 쓰고 폐열을 얼마나 내보내는지에 달려 있습니다.

인류의 에너지 연표

항목	사실 하나
불의 통제	남아프리카 원더웍 동굴에서 나온 약 100만 년 전의 재와 불에 탄 뼈는 인류의 불 사용에 대한 가장 오래된 증거 가운데 하나입니다.
요리	익힌 음식 덕분에 인류가 더 적은 음식에서 더 많은 에너지를 얻었고, 그래서 창자는 짧아지고 뇌는 커졌다는 가설이 있습니다.
가축의 힘	쟁기와 소달구지 덕분에 농부 한 사람이 훨씬 넓은 땅을 일굴 수 있었습니다.
물레방아	고대 그리스와 한나라 중국에 모두 물레방아가 있었고, 근육에 기대지 않는 인류 최초의 기계적 동력이었습니다.
풍차	페르시아인이 곡식을 빻고 물을 푸려고 최초의 풍차를 지었습니다.
석탄	북송의 수도 개봉은 이미 석탄을 대량으로 땠습니다. 석탄기의 고사리 숲이 묻혀서 오늘날 석탄의 대부분이 됐습니다.
증기 기관	1769년 제임스 와트가 개량한 증기 기관은 공장이 강에 기대지 않아도 되게 했고 산업 혁명을 앞당겼습니다.
석유	1859년 에드윈 드레이크가 미국에서 최초의 상업 유정을 뚫었습니다. 석유는 주로 고대 바다의 플랑크톤에서 나옵니다.
내연 기관	1876년 니콜라우스 오토가 4행정 내연 기관을 만들었고, 자동차와 비행기가 여기서 시작됐습니다.
발전소	1882년 토머스 에디슨이 뉴욕에 최초의 상업 발전소를 지었습니다.
핵분열 발전	1942년 엔리코 페르미가 최초의 원자로를 만들었습니다. 1954년 소련의 오브닌스크 발전소가 처음으로 전력망에 전기를 공급했습니다.
태양 전지	1954년 벨 연구소가 효율 약 6%의 실용적인 실리콘 태양 전지를 처음 만들었습니다.
리튬 이온 전지	소니가 1991년에 상업용 리튬 이온 전지를 내놓았습니다. 세 발명자는 2019년 노벨 화학상을 받았습니다.
제어 핵융합	2022년 미국 국립점화시설이 처음으로 핵융합 반응이 연료에 닿은 레이저 에너지보다 더 많은 에너지를 내게 했습니다.

이 연표의 도약은 하나하나가 인류에게 쓸 수 있는 에너지를 조금씩 더 줬습니다. 근육에서 물과 바람으로, 석탄, 석유, 전기로, 마지막으로 핵에너지로 왔습니다. 그래도 지금 인류는 여전히 0.73으로, '행성' 등급 전체에도 이르지 못했습니다.

아직 일어나지 않은 몇 걸음

아래는 모두 아직 실현되지 않은 구상이며, 이미 일어난 일이 아닙니다.

우주 태양광 발전소: 낮, 밤, 날씨에 구애받지 않는 우주에서 햇빛을 모아 마이크로파로 지상에 보냅니다.
반물질 엔진: 물질과 반물질이 쌍소멸하면서 질량 전부가 에너지가 되며, 핵융합보다 100배 효율적입니다. 하지만 반물질 1그램을 만드는 데는 그것이 낼 수 있는 에너지보다 훨씬 많은 에너지가 듭니다.
다이슨 군집: 별 주위의 무수한 집광기로, 위에서 말한 다이슨의 발상입니다.
별 끌어올리기: 강한 자기장으로 별 표면의 물질을 끌어내 재료를 얻고, 별의 수명도 늘릴 수 있습니다.
블랙홀 발전: 1969년 로저 펜로즈는 회전하는 블랙홀의 에르고 영역에서 에너지를 뽑을 수 있음을 지적했습니다. 최대 블랙홀 질량의 약 29%까지입니다.

에너지의 과학

제임스 클러크 맥스웰은 전기와 자기를 통합했고, 전자기파의 속도가 빛의 속도와 정확히 같다고 계산했습니다. 빛은 전자기파입니다 (Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1865). 전기 시대의 이론적 뿌리입니다.
베테는 별이 핵융합으로 빛난다는 것을 알아내, 태양이 어떻게 수십억 년 동안 탈 수 있는지의 수수께끼를 풀었습니다 (Bethe, Physical Review, 1939).
지상의 레이저 배열로 극도로 가벼운 돛을 밀면 탐사선을 빛의 속도의 5분의 1까지 가속할 수 있습니다 (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016). '장거리 여행에 에너지를 쓰는' 한 예입니다.

원문이 궁금하다면 이 제목으로 검색하세요

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"

실제 근거

불의 사용: 남아프리카 원더웍 동굴에서 나온 약 100만 년 된 재와 불에 탄 뼈는 인류가 불을 쓴 가장 이른 증거 중 하나다.
요리: 익힌 음식 덕에 인류가 적은 음식에서 더 많은 에너지를 얻게 되어 장이 짧아지고 뇌가 커졌다는 가설이 있다.
축력: 쟁기와 소달구지 덕에 농부 한 명이 훨씬 더 넓은 땅을 일굴 수 있었다.
물레방아: 고대 그리스와 한나라 중국에 모두 물레방아가 있었다. 인류가 근육 없이 얻은 첫 기계 동력이다.
풍차: 페르시아인이 처음 풍차를 만들어 곡식을 빻고 물을 퍼 올렸다.
석탄: 북송의 수도 카이펑은 이미 석탄을 대량으로 태웠다. 오늘날 석탄 대부분은 석탄기 고사리 숲이 묻힌 잔해다.
증기 기관: 1769년 와트가 개량한 증기 기관은 공장이 강에 의존하던 데서 벗어나게 했고 산업 혁명을 빠르게 했다.
석유: 1859년 드레이크가 미국에서 최초의 상업 유정을 뚫었다. 석유는 대부분 고대 바다의 플랑크톤에서 왔다.
발전소: 1882년 에디슨이 뉴욕에 최초의 상업 발전소를 지었다.
내연 기관: 오토가 1876년 4행정 내연 기관을 만들었다. 자동차와 비행기 모두 여기서 시작했다.
핵분열 발전: 페르미가 1942년 최초의 원자로를 만들었고, 1954년 소련 오브닌스크 발전소가 처음 전력망에 전기를 공급했다.
태양 전지: 1954년 벨 연구소가 효율 약 6%의 첫 실용 실리콘 태양 전지를 만들었다.
현대 풍력 발전: 대형 풍력 터빈의 발전기에는 네오디뮴-철-붕소 영구 자석이 자주 쓰인다. 해상 터빈 한 기에 희토류가 수백 킬로그램 든다.
리튬 이온 전지: 소니가 1991년 상업용 리튬 이온 전지를 내놓았고, 세 발명가는 2019년 노벨 화학상을 받았다.
제어 핵융합: 2022년 미국 국립점화시설이 연료에 쏜 레이저 에너지보다 더 많은 핵융합 에너지를 처음으로 방출시켰다.
우주 태양광 발전소: 낮과 밤, 날씨에 영향받지 않고 우주에서 햇빛을 모아 마이크로파로 지상에 쏜다.
반물질 엔진: 물질-반물질 쌍소멸은 질량 전부를 에너지로 바꿔 핵융합보다 효율이 수백 배 높다. 하지만 반물질 1 g을 만드는 데 드는 에너지는 그것이 내놓을 수 있는 에너지보다 훨씬 많다.
다이슨 군집: 다이슨은 1960년 고도로 발달한 문명이 자기 별을 무수한 집광기로 둘러싸 적외선으로 정체를 드러낼 것이라고 제안했다.
항성 끌어올리기: 강한 자기장으로 별 표면의 물질을 끌어내 원료를 얻고, 별의 수명도 늘린다.
블랙홀 발전: 펜로즈는 1969년 회전하는 블랙홀의 에르고 영역에서 에너지를 뽑아낼 수 있고, 최대 블랙홀 질량의 약 29%까지 가능하다고 지적했다.
카르다쇼프는 문명을 에너지로 등급 지었습니다. 행성 하나, 별 하나, 은하 하나. 인류는 지금 약 0.73단계입니다. 한 단계 오를 때마다 에너지가 약 100억 배 필요합니다.