Escala de Kardashevquanta energia faz uma civilização ser avançada
Do controle do fogo à energia de buracos negros, esta página acompanha as entradas do jogo ao longo da história da energia e explica a escala de Kardashev das civilizações.
Esta página trata da ligação entre a história da energia da humanidade e uma ideia para classificar civilizações pela energia, a escala de Kardashev. Antes de tudo: o jogo não tem uma "tabela de dados de Kardashev" própria. O material aqui vem dos vinte verbetes da coluna "Energia" da Árvore da Civilização, mais uma carta do jogo sobre a classificação de Kardashev, mais várias pesquisas reais relacionadas. Juntos, mostram como os humanos foram de acender o primeiro fogo até onde estamos agora, e para onde pretendemos ir.
O que é a escala
Nikolai Kardashev classificou as civilizações pela energia: um planeta, uma estrela, uma galáxia. A humanidade está hoje em cerca de 0,73. Cada degrau multiplica a energia por cerca de dez bilhões. O artigo dele foi publicado em 1964 e dividiu as civilizações, pela energia que podem usar, em três tipos: planetária, estelar e galáctica (Kardashev, Soviet Astronomy, 1964). O título original é "Transmission of information by extraterrestrial civilizations".
Um passo anterior foi a ideia de Freeman Dyson, de 1960: uma civilização avançada cercaria a sua estrela com incontáveis coletores de luz e se denunciaria no infravermelho (Dyson, Science, 1960). Se uma civilização pode ser detectada depende de quanta energia ela usa e de quanto calor residual emite.
Linha do tempo da energia da humanidade
| Verbete | Um fato |
|---|---|
| Controle do fogo | Cinzas e ossos queimados da caverna de Wonderwerk, na África do Sul, de cerca de 1 milhão de anos, estão entre as evidências mais antigas do uso do fogo pelos humanos. |
| Cozinhar | Uma hipótese diz que a comida cozida permitiu aos humanos tirar mais energia de menos comida, então o intestino encurtou e o cérebro cresceu. |
| Força animal | O arado e a carroça de bois permitiram a um só agricultor trabalhar muito mais terra. |
| Roda d'água | A Grécia antiga e a China Han tinham rodas d'água, a primeira força mecânica humana que não dependia de músculos. |
| Moinho de vento | Os persas construíram os primeiros moinhos de vento, para moer grãos e bombear água. |
| Carvão | Kaifeng, capital da dinastia Song do Norte, já queimava carvão em grande quantidade. As florestas de samambaias do Carbonífero, depois de soterradas, viraram a maior parte do carvão de hoje. |
| Máquina a vapor | A máquina a vapor que James Watt aperfeiçoou em 1769 libertou as fábricas da dependência dos rios e acelerou a Revolução Industrial. |
| Petróleo | Em 1859, Edwin Drake perfurou o primeiro poço comercial de petróleo dos Estados Unidos. O petróleo vem principalmente de plâncton de mares antigos. |
| Motor de combustão interna | Em 1876, Nikolaus Otto construiu o motor de combustão interna de quatro tempos, e os carros e os aviões partiram dele. |
| Usina elétrica | Em 1882, Thomas Edison construiu a primeira central elétrica comercial, em Nova York. |
| Energia de fissão nuclear | Em 1942, Enrico Fermi construiu o primeiro reator nuclear. Em 1954, a usina de Obninsk, na União Soviética, forneceu energia a uma rede pela primeira vez. |
| Células solares | Em 1954, a Bell Labs fez a primeira célula solar de silício prática, com eficiência de cerca de 6%. |
| Bateria de íons de lítio | A Sony lançou a bateria comercial de íons de lítio em 1991. Seus três inventores ganharam o Nobel de Química de 2019. |
| Fusão controlada | Em 2022, a National Ignition Facility dos EUA conseguiu pela primeira vez que a fusão liberasse mais energia do que a energia do laser que atingiu o combustível. |
Cada salto nessa linha do tempo deu aos humanos um pouco mais de energia para usar: dos músculos à água e ao vento, ao carvão, ao petróleo e à eletricidade, e por fim à energia nuclear. Mas mesmo hoje a humanidade ainda está em 0,73, sem chegar nem ao nível "planetário" completo.
Alguns passos que ainda não aconteceram
Cada item abaixo é uma ideia ainda não realizada, não algo que já aconteceu.
- Usina solar espacial: Coletar a luz do Sol no espaço, sem dia, noite nem clima, e enviá-la de volta ao chão por micro-ondas.
- Motor de antimatéria: Matéria e antimatéria se aniquilam e transformam toda a massa em energia, cem vezes mais eficiente que a fusão nuclear. Mas produzir 1 grama de antimatéria exige muito mais energia do que ele pode liberar.
- Enxame de Dyson: Os incontáveis coletores de luz em volta de uma estrela, que é a ideia de Dyson acima.
- Extração estelar (star lifting): Usar campos magnéticos fortes para tirar matéria da superfície de uma estrela, o que rende materiais e também pode prolongar a vida da estrela.
- Energia de buraco negro: Em 1969, Roger Penrose apontou que é possível extrair energia da ergosfera de um buraco negro em rotação, até cerca de 29% da massa do buraco negro.
A ciência da energia
- James Clerk Maxwell unificou a eletricidade e o magnetismo e calculou que a velocidade das ondas eletromagnéticas é exatamente a velocidade da luz: a luz é uma onda eletromagnética (Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1865). Essa é a raiz teórica da era da eletricidade.
- Bethe descobriu que as estrelas brilham por fusão nuclear, o que resolveu o enigma de como o Sol pode queimar por bilhões de anos (Bethe, Physical Review, 1939).
- Uma bateria de lasers em terra empurrando uma vela extremamente leve poderia acelerar uma sonda a um quinto da velocidade da luz (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016). É um exemplo de "usar energia para viagens longas".
Quer os originais? Procure por estes 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
Controle do fogo: Cinzas e ossos queimados de cerca de 1 milhão de anos na caverna Wonderwerk, na África do Sul, estão entre as primeiras evidências do uso do fogo por humanos.
Cozinhar: Uma hipótese diz que a comida cozida deixou os humanos tirar mais energia de menos comida, então o intestino encolheu e o cérebro cresceu.
Força animal: O arado e a carroça de boi permitiram que um agricultor trabalhasse muito mais terra.
Roda d'água: A Grécia antiga e a China Han tinham rodas d'água, a primeira força mecânica que os humanos obtiveram sem usar músculos.
Moinho de vento: Os persas construíram os primeiros moinhos de vento, usados para moer grãos e bombear água.
Carvão: Kaifeng, a capital da Dinastia Song do Norte, já queimava carvão em grande quantidade. Grande parte do carvão de hoje são os restos enterrados de florestas de samambaias do Carbonífero.
Máquina a vapor: A máquina a vapor aprimorada de Watt, de 1769, libertou as fábricas da dependência dos rios e acelerou a Revolução Industrial.
Petróleo: Em 1859 Drake perfurou o primeiro poço comercial de petróleo, nos Estados Unidos. O petróleo vem principalmente de plâncton de mares antigos.
Usina elétrica: Em 1882 Edison construiu a primeira central elétrica comercial, em Nova York.
Motor de combustão interna: Otto construiu o motor de combustão interna de quatro tempos em 1876; carros e aviões começaram dele.
Energia de fissão nuclear: Fermi construiu o primeiro reator nuclear em 1942; em 1954 a usina soviética de Obninsk alimentou uma rede elétrica pela primeira vez.
Células solares: Em 1954 a Bell Labs fez a primeira célula solar de silício prática, com eficiência de cerca de 6%.
Energia eólica moderna: Os geradores de grandes turbinas eólicas costumam usar ímãs permanentes de neodímio-ferro-boro; uma turbina offshore precisa de centenas de quilos de terras raras.
Bateria de íons de lítio: A Sony lançou a bateria de íons de lítio comercial em 1991; seus três inventores ganharam o Nobel de Química de 2019.
Fusão controlada: Em 2022 a National Ignition Facility dos EUA fez a fusão liberar, pela primeira vez, mais energia do que a energia do laser que atingiu o combustível.
Usina solar espacial: Capta a luz do sol no espaço, sem ser afetada por dia, noite ou clima, e a envia ao solo como micro-ondas.
Motor de antimatéria: A aniquilação matéria–antimatéria transforma toda a massa em energia, centenas de vezes mais eficiente que a fusão. Mas fazer 1 g de antimatéria exige muito mais energia do que ela pode liberar.
Enxame de Dyson: Dyson propôs em 1960 que civilizações avançadas cercariam suas estrelas com incontáveis coletores de luz, entregando-se no infravermelho.
Elevação estelar: Usar campos magnéticos fortes para arrancar matéria da superfície de uma estrela, obtendo matéria-prima e também prolongando a vida da estrela.
Energia de buraco negro: Penrose apontou em 1969 que dá para extrair energia da ergosfera de um buraco negro em rotação, até cerca de 29% da massa do buraco.
Kardashev classificou as civilizações por energia: um planeta, uma estrela, uma galáxia. A humanidade está em cerca de 0,73 agora. Cada nível acima exige cerca de dez bilhões de vezes mais energia.
Pesquisas relacionadas
Estes estudos têm relação com o tema, mas não são prova direta do que está nesta página.
O que alimenta as estrelas: Bethe calculou que as estrelas brilham por fusão nuclear, resolvendo o enigma de como o Sol queima por bilhões de anos.
Fonte:Bethe, Physical Review 1939, "Energy production in stars"
Teoria do campo eletromagnético: Maxwell unificou eletricidade e magnetismo e calculou que a velocidade das ondas eletromagnéticas é igual à da luz: a luz é uma onda eletromagnética.
Fonte:Maxwell, Philosophical Transactions of the Royal Society 1865, "A dynamical theory of the electromagnetic field"
Esfera de Dyson: Uma civilização avançada o bastante poderia envolver a sua estrela, e nós poderíamos achá-la por radiação infravermelha anômala.
Fonte:Dyson, Science 1960, "Search for artificial stellar sources of infrared radiation"
Escala das civilizações: Classifica as civilizações em três tipos pela energia que conseguem usar: planetária, estelar e galáctica.
Fonte:Kardashev, Soviet Astronomy 1964, "Transmission of information by extraterrestrial civilizations"
Velas de luz até as estrelas: Empurrar velas de luz ultraleves com uma matriz de lasers no solo poderia acelerar sondas a um quinto da velocidade da luz.
Fonte:Lubin, Journal of the British Interplanetary Society 2016, "A roadmap to interstellar flight"
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