卡尔达肖夫指数：文明用多少能量才算先进

从控制用火到黑洞能源，这一页按能源演进汇总游戏里的条目，讲文明等级的含义。

这一页讲的是人类的能源史，和一个用能量给文明分级的想法——卡尔达肖夫指数——之间的关系。需要先说明：游戏里并没有一张专门的“卡尔达肖夫数据表”。这一页的素材，来自文明之树里“能源”一栏的二十个条目，再加上游戏里一封讲卡尔达肖夫分级的信，以及几项相关的真实研究。我们把它们放在一起，看人类从点起第一堆火，一步步走到今天的位置，又打算走向哪里。

指数是什么

卡尔达肖夫把文明按能量分级：一颗行星、一颗恒星、一个星系。人类现在约 0.73 级。往上每一级，能量都要乘上约一百亿。他的论文发表在 1964 年，按能使用的能量，把文明分为行星级、恒星级和星系级三种类型（Kardashev，《Soviet Astronomy》1964），原文题目是《Transmission of information by extraterrestrial civilizations》，大意是“地外文明的信息传输”。

更早的一步，是戴森 1960 年的想法：先进文明会用无数集光器包围恒星，并在红外波段露出马脚（Dyson，《Science》1960）。一个文明能不能被人发现，取决于它用了多少能量、排了多少废热。

人类的能源时间线

条目	一句事实
控制用火	南非奇迹洞里约 100 万年前的灰烬和烧过的骨头，是人类用火最早的证据之一。
烹饪	有假说认为，熟食让人类从更少的食物里获得更多能量，肠道变短、大脑变大。
畜力	犁和牛车让一个农民能耕种多得多的土地。
水车	古希腊和汉代中国都有水车，这是人类第一种不靠肌肉的机械动力。
风车	波斯人最早造出风车，用来磨粮和抽水。
煤	北宋都城开封已经大量烧煤。石炭纪的蕨类森林被埋藏后，变成了今天的大部分煤炭。
蒸汽机	瓦特 1769 年改良的蒸汽机让工厂摆脱了对河流的依赖，工业革命由此加速。
石油	1859 年德雷克在美国钻出第一口商业油井。石油主要来自远古海洋里的浮游生物。
内燃机	奥托 1876 年造出四冲程内燃机，汽车和飞机都靠它起步。
发电站	1882 年爱迪生在纽约建成第一座商业发电站。
核裂变发电	1942 年费米建成第一座核反应堆；1954 年苏联奥布宁斯克核电站第一次向电网供电。
太阳能电池	1954 年贝尔实验室造出第一块实用的硅太阳能电池，效率约 6%。
锂离子电池	1991 年索尼推出商用锂离子电池，三位发明者获得 2019 年诺贝尔化学奖。
受控核聚变	2022 年美国国家点火装置第一次让聚变释放的能量超过了照射燃料的激光能量。

这条时间线上，每一次跳变都让人能用的能量多一截：从肌肉，到水和风，再到煤、石油和电，最后是核能。但直到今天，人类还停在 0.73 级，离“行星级”这一整级都还差一点。

还没发生的几步

下面这几项都是尚未实现的设想，不是已经发生的事。

太空太阳能电站：在太空收集不受昼夜和天气影响的阳光，再用微波传回地面。
反物质引擎：正反物质湮灭把全部质量变成能量，效率是核聚变的上百倍。但造 1 克反物质需要的能量远超它能释放的。
戴森云：包围恒星的无数集光器，就是上面戴森的设想。
恒星采矿：用强磁场从恒星表面抽取物质，既能获得材料，也能延长恒星的寿命。
黑洞能源：彭罗斯 1969 年指出，可以从旋转黑洞的能层里提取能量，最多可达黑洞质量的约 29%。

能量的科学基础

麦克斯韦统一了电和磁，并算出电磁波的速度正好等于光速：光就是电磁波（Maxwell，《Philosophical Transactions of the Royal Society》1865），这是电力时代的理论根基。
贝特算出恒星靠核聚变发光，揭开了太阳为什么能燃烧几十亿年的谜（Bethe，《Physical Review》1939）。
用地面激光阵列推动极轻的光帆，有望把探测器加速到光速的五分之一（Lubin，《Journal of the British Interplanetary Society》2016），这是“把能量用在远行上”的一个例子。

想读原文，可以搜这些题目

Kardashev（1964）：《Transmission of information by extraterrestrial civilizations》，大意是“地外文明的信息传输”
Dyson（1960）：《Search for artificial stellar sources of infrared radiation》，大意是“搜寻人造的恒星红外辐射源”
Maxwell（1865）：《A dynamical theory of the electromagnetic field》，大意是“电磁场的动力学理论”
Bethe（1939）：《Energy production in stars》，大意是“恒星中的能量产生”
Lubin（2016）：《A roadmap to interstellar flight》，大意是“星际飞行路线图”

真实依据

控制用火：南非奇迹洞里约 100 万年前的灰烬和烧过的骨头，是人类用火最早的证据之一。
烹饪：有假说认为，熟食让人类从更少的食物里获得更多能量，肠道变短、大脑变大。
畜力：犁和牛车让一个农民能耕种多得多的土地。
水车：古希腊和汉代中国都有水车，这是人类第一种不靠肌肉的机械动力。
风车：波斯人最早造出风车，用来磨粮和抽水。
煤：北宋都城开封已经大量烧煤。石炭纪的蕨类森林被埋藏后，变成了今天的大部分煤炭。
蒸汽机：瓦特 1769 年改良的蒸汽机让工厂摆脱了对河流的依赖，工业革命由此加速。
石油：1859 年德雷克在美国钻出第一口商业油井。石油主要来自远古海洋里的浮游生物。
发电站：1882 年爱迪生在纽约建成第一座商业发电站。
内燃机：奥托 1876 年造出四冲程内燃机，汽车和飞机都靠它起步。
核裂变发电：1942 年费米建成第一座核反应堆；1954 年苏联奥布宁斯克核电站第一次向电网供电。
太阳能电池：1954 年贝尔实验室造出第一块实用的硅太阳能电池，效率约 6%。
现代风电：大型风机的发电机常用钕铁硼永磁体，一台海上风机就需要上百公斤稀土。
锂离子电池：1991 年索尼推出商用锂离子电池，三位发明者获得 2019 年诺贝尔化学奖。
受控核聚变：2022 年美国国家点火装置第一次让聚变释放的能量超过了照射燃料的激光能量。
太空太阳能电站：在太空收集不受昼夜和天气影响的阳光，再用微波传回地面。
反物质引擎：正反物质湮灭把全部质量变成能量，效率是核聚变的上百倍。但造 1 克反物质需要的能量远超它能释放的。
戴森云：戴森 1960 年提出：先进文明会用无数集光器包围恒星，并在红外波段露出马脚。
恒星采矿：用强磁场从恒星表面抽取物质，既能获得材料，也能延长恒星的寿命。
黑洞能源：彭罗斯 1969 年指出，可以从旋转黑洞的能层里提取能量，最多可达黑洞质量的约 29%。
卡尔达肖夫把文明按能量分级：一颗行星、一颗恒星、一个星系。人类现在约 0.73 级。往上每一级，能量都要乘上约一百亿。