卡爾達肖夫指數：文明用多少能量才算先進

從控制用火到黑洞能源，這一頁按能源演進彙總遊戲裡的條目，講文明等級的含義。

這一頁講的是人類的能源史，和一個用能量給文明分級的想法——卡爾達肖夫指數——之間的關係。需要先說明：遊戲裡並沒有一張專門的“卡爾達肖夫資料表”。這一頁的素材，來自文明之樹裡“能源”一欄的二十個條目，再加上游戲裡一封講卡爾達肖夫分級的信，以及幾項相關的真實研究。我們把它們放在一起，看人類從點起第一堆火，一步步走到今天的位置，又打算走向哪裡。

指數是什麼

卡爾達肖夫把文明按能量分級：一顆行星、一顆恆星、一個星系。人類現在約 0.73 級。往上每一級，能量都要乘上約一百億。他的論文發表在 1964 年，按能使用的能量，把文明分為行星級、恆星級和星系級三種類型（Kardashev，《Soviet Astronomy》1964），原文題目是《Transmission of information by extraterrestrial civilizations》，大意是“地外文明的資訊傳輸”。

更早的一步，是戴森 1960 年的想法：先進文明會用無數集光器包圍恆星，並在紅外波段露出馬腳（Dyson，《Science》1960）。一個文明能不能被人發現，取決於它用了多少能量、排了多少廢熱。

人類的能源時間線

條目	一句事實
控制用火	南非奇蹟洞里約 100 萬年前的灰燼和燒過的骨頭，是人類用火最早的證據之一。
烹飪	有假說認為，熟食讓人類從更少的食物裡獲得更多能量，腸道變短、大腦變大。
畜力	犁和牛車讓一個農民能耕種多得多的土地。
水車	古希臘和漢代中國都有水車，這是人類第一種不靠肌肉的機械動力。
風車	波斯人最早造出風車，用來磨糧和抽水。
煤	北宋都城開封已經大量燒煤。石炭紀的蕨類森林被埋藏後，變成了今天的大部分煤炭。
蒸汽機	瓦特 1769 年改良的蒸汽機讓工廠擺脫了對河流的依賴，工業革命由此加速。
石油	1859 年德雷克在美國鑽出第一口商業油井。石油主要來自遠古海洋裡的浮游生物。
內燃機	奧托 1876 年造出四衝程內燃機，汽車和飛機都靠它起步。
發電站	1882 年愛迪生在紐約建成第一座商業發電站。
核裂變發電	1942 年費米建成第一座核反應堆；1954 年蘇聯奧布寧斯克核電站第一次向電網供電。
太陽能電池	1954 年貝爾實驗室造出第一塊實用的矽太陽能電池，效率約 6%。
鋰離子電池	1991 年索尼推出商用鋰離子電池，三位發明者獲得 2019 年諾貝爾化學獎。
受控核聚變	2022 年美國國家點火裝置第一次讓聚變釋放的能量超過了照射燃料的雷射能量。

這條時間線上，每一次跳變都讓人能用的能量多一截：從肌肉，到水和風，再到煤、石油和電，最後是核能。但直到今天，人類還停在 0.73 級，離“行星級”這一整級都還差一點。

還沒發生的幾步

下面這幾項都是尚未實現的設想，不是已經發生的事。

太空太陽能電站：在太空收集不受晝夜和天氣影響的陽光，再用微波傳回地面。
反物質引擎：正反物質湮滅把全部質量變成能量，效率是核聚變的上百倍。但造 1 克反物質需要的能量遠超它能釋放的。
戴森雲：包圍恆星的無數集光器，就是上面戴森的設想。
恆星採礦：用強磁場從恆星表面抽取物質，既能獲得材料，也能延長恆星的壽命。
黑洞能源：彭羅斯 1969 年指出，可以從旋轉黑洞的能層裡提取能量，最多可達黑洞質量的約 29%。

能量的科學基礎

麥克斯韋統一了電和磁，並算出電磁波的速度正好等於光速：光就是電磁波（Maxwell，《Philosophical Transactions of the Royal Society》1865），這是電力時代的理論根基。
貝特算出恆星靠核聚變發光，揭開了太陽為什麼能燃燒幾十億年的謎（Bethe，《Physical Review》1939）。
用地面雷射陣列推動極輕的光帆，有望把探測器加速到光速的五分之一（Lubin，《Journal of the British Interplanetary Society》2016），這是“把能量用在遠行上”的一個例子。

想讀原文，可以搜這些題目

Kardashev（1964）：《Transmission of information by extraterrestrial civilizations》，大意是“地外文明的資訊傳輸”
Dyson（1960）：《Search for artificial stellar sources of infrared radiation》，大意是“搜尋人造的恆星紅外輻射源”
Maxwell（1865）：《A dynamical theory of the electromagnetic field》，大意是“電磁場的動力學理論”
Bethe（1939）：《Energy production in stars》，大意是“恆星中的能量產生”
Lubin（2016）：《A roadmap to interstellar flight》，大意是“星際飛行路線圖”

真實依據

控制用火：南非奇蹟洞里約 100 萬年前的灰燼和燒過的骨頭，是人類用火最早的證據之一。
烹飪：有假說認為，熟食讓人類從更少的食物裡獲得更多能量，腸道變短、大腦變大。
畜力：犁和牛車讓一個農民能耕種多得多的土地。
水車：古希臘和漢代中國都有水車，這是人類第一種不靠肌肉的機械動力。
風車：波斯人最早造出風車，用來磨糧和抽水。
煤：北宋都城開封已經大量燒煤。石炭紀的蕨類森林被埋藏後，變成了今天的大部分煤炭。
蒸汽機：瓦特 1769 年改良的蒸汽機讓工廠擺脫了對河流的依賴，工業革命由此加速。
石油：1859 年德雷克在美國鑽出第一口商業油井。石油主要來自遠古海洋裡的浮游生物。
發電站：1882 年愛迪生在紐約建成第一座商業發電站。
內燃機：奧托 1876 年造出四衝程內燃機，汽車和飛機都靠它起步。
核裂變發電：1942 年費米建成第一座核反應堆；1954 年蘇聯奧布寧斯克核電站第一次向電網供電。
太陽能電池：1954 年貝爾實驗室造出第一塊實用的矽太陽能電池，效率約 6%。
現代風電：大型風機的發電機常用釹鐵硼永磁體，一臺海上風機就需要上百公斤稀土。
鋰離子電池：1991 年索尼推出商用鋰離子電池，三位發明者獲得 2019 年諾貝爾化學獎。
受控核聚變：2022 年美國國家點火裝置第一次讓聚變釋放的能量超過了照射燃料的雷射能量。
太空太陽能電站：在太空收集不受晝夜和天氣影響的陽光，再用微波傳回地面。
反物質引擎：正反物質湮滅把全部質量變成能量，效率是核聚變的上百倍。但造 1 克反物質需要的能量遠超它能釋放的。
戴森雲：戴森 1960 年提出：先進文明會用無數集光器包圍恆星，並在紅外波段露出馬腳。
恆星採礦：用強磁場從恆星表面抽取物質，既能獲得材料，也能延長恆星的壽命。
黑洞能源：彭羅斯 1969 年指出，可以從旋轉黑洞的能層裡提取能量，最多可達黑洞質量的約 29%。
卡爾達肖夫把文明按能量分級：一顆行星、一顆恆星、一個星系。人類現在約 0.73 級。往上每一級，能量都要乘上約一百億。