宇宙文明分类及其能量通讯划分

2024-05-13 百科知识版权反馈

【摘要】：宇宙文明的分类为了论述非常先进的外星球文明是否可能，前苏联天体物理学家N.S.卡达谢夫提议，根据这些文明用于通讯的能量来对它们加以划分。I型文明能够调集与目前地球整个输出功率相当的能量用于通讯。据此，目前的地球文明可大致定为0.7型。全部23个有效的问题把宇宙划分成大约107部分，或接近107部分或比特。然而，我们地球上文明的特征是大约具有1014比特的信息量。总之这意味着1厅比特已经能够传达关于某个文明的大量情报了。

宇宙文明的分类

为了论述非常先进的外星球文明是否可能，前苏联天体物理学家N.S.卡达谢夫提议，根据这些文明用于通讯的能量来对它们加以划分。

I型文明能够调集与目前地球整个输出功率相当的能量用于通讯。而地球上的这种输出功率现在被用于加热、电力、运输等与外星球文明通讯不相干的用途。就此而言，地球还算不上是个I型文明。

但我们文明使用的能量功率正在以惊人的速率增长，目前地球的功率输出约为10¹⁵到10¹⁶瓦，即1000万亿到1亿亿瓦。标准的指数标记只表示1后面的零的数目。例如:1015等于1后面跟15个零。在物理学中，功率的概念即为每单位时间能量的消耗。1瓦是每秒消耗1000万尔格(1尔格=10^－7焦耳)的能量。因此，地球上所用的全部功率相当于点亮1130万亿个100瓦的灯炮所需的能量。特别是，假如这个能量在无线电频谱上输出，那么在相当远的距离上都能探测到。

Ⅱ型文明能够把相当于一颗典型恒星的输出功率(大约10²⁶瓦)用于通讯。我们已在光波频率上看到离我们最近星系中的特亮恒星。Ⅱ型文明把10²⁶瓦的功率用相当窄的带通朝我们方向射来，在极遥远的星系间距离以外也能探测到。假如离我们最近的旋涡星系——M31(仙女座大星系)存在着n型文明的话，我们用正确的搜寻程序就能很容易地探测到它。然而，M31决非最大的星系。例如，椭圆星系M87(也叫室女座A)就可能官禽10万亿颗恒星。

最后，卡达谢夫设想了一种Ⅲ型文明，这种文明通讯的功率达10²⁶瓦，约等于整个星系的功率输出。如果在宇宙中存在着Ⅲ型文明，无论它在哪里，只要它对准我们发射电波，我们就能探测到它。我们对Ⅳ型文明不作任何规定，从定义上说，这种文明只能和自己谈话。一旦我们认真地组织搜寻外星球文明，即使Ⅱ型或Ⅲ型文明不多，它们也会被我们探测到。这少数Ⅱ型或Ⅲ型文明只要向我们发射信号就远比大量的I型文明更容易探测到。

I型与Ⅱ型文明或Ⅱ型与Ⅲ型文明之间的能量差距是巨大的，其差数都约为100亿倍。如果划分得更细一些会更有用。也许1.0型文明用于星际通讯的功率应该是1¹⁶瓦、1.1型是10¹⁷瓦、1.2型是1¹⁸瓦，如此等等。据此，目前的地球文明可大致定为0.7型。

然而，要衡定外星球文明的特征，还有比衡定他们的通讯能量更有意义的方法。衡定某个文明的一项重要标准是它具有的总信息量。这种信息可用比特为单位来描述，即根据某种文明所能答复的关于它本身和宇宙知识的是非问题的总数。

地球上很流行的“20个问题”游戏，就是这种概念的一例。参加游戏的甲方可以在想象中认定某个物体或某个概念。把它初步划分为动物、植物、矿物或其他东西。参加游戏的乙方可以向甲方提出20个问题，甲方只能回答“是”或“不是”以供乙方判明甲方想象中的事情。用这种方法能够区别出多少信息呢?(www.chuimin.cn)

上面的初步划分可以看作三个是非问题，即:是概念还是事物?是生物还是非生物?是植物还是动物?如果我们同意“20个问题”游戏中要猜测的是某种生物，则事实上游戏一开始我们就已经回答了三个问题。第一个问题把宇宙分成(不相等的)两部分。第二个问题把这两部分之一又分成两小部分，第三个问题又把这两小部分之一分成更小的两部分。到这里我们已经把宇宙粗分成2×2×2=2³=8部分了。当我们的20个问题结束时，我们已把宇宙更细地划分成(非常可能是不相等的)2²⁰部分了。2¹⁰是1024。如果我们把2¹⁰近似地当作1000=10³，那2²⁰就大致等于(2¹⁰)²，即约(10³)²=10⁶。全部23个有效的问题把宇宙划分成大约10⁷部分，或接近10⁷部分或比特。所以，精通本项游戏者必须生活在大约具有10⁷比特的信息内容的文明中，才可能在“20个问题”的游戏中稳操胜券。

然而，我们地球上文明的特征是大约具有10¹⁴比特的信息量。因此，熟练的游戏者在“20个问题”游戏中获胜的可能性应该是10⁷/10¹⁴，即1/10⁷，也就是1000万次中赢1次。在实际的游戏中获胜机会大大增加是因为还存在着附加的规则，这些规则通常是不言自明的，即所列举的事物或概念总是参加游戏者一般文化知识范，围以内的东西。总之这意味着1厅比特已经能够传达关于某个文明的大量情报了。事实也确实如此。据菲利浦·莫里森估计，从古典希腊文明到我们目前文明的全部文稿中大约才只有10⁹比特的信息量。因此，单向传来的信息量虽然以现代射电天文学的标准看来是个很小的数字，它却能提供大量的新情报。从长远来看，这些情报对某个社会能产生巨大的影响。

一个英语单词的比特总数是多少?全世界所有的书中的比特总数又是多少?一般英语惯用语中，有26个字母和少数几个标点符号。让我们估计共有32个这样的有效“字母”。但32=2⁵。这就是说，每个字母的信息量大约为5比特。如果一个典型单词具有4～6个字母(每个单词平均为6个字母，可是其中许多是不切实际的词)，那么，每个单词的信息量大约为20～30比特。一本典型的书(大约300页，每页300个单词)将有10万个单词或300万比特。世界上最大的图书馆的藏书，如不列颠博物馆，牛津波德莱恩图书馆，纽约公共图书馆，哈佛的怀顿纳图书馆，都不到1000万册，约相当于3×10¹³比特。

一张低质量、低分辨率的照片可能有100万比特的信息。一张很复杂的漫画或卡通画可能只有1000比特。但另一方面，一幅大的高质量彩色照片或图画则可能有10亿比特。我们还应考虑到图表、照相术、我们的艺术及口头传说的记录中所包含的基本信息量。让我们再试着估计一下(当然十分粗略)，我们生来就有的关于怎样对付世界的知识量(人类与其他动物相比，生来就具有的知识很少。我们应付世界的知识主要是学而知之，而不是靠遗传或本能生而知之的)。我们和我们的文明，可以用大约拥有10¹⁴或10¹⁵比特作标志。

我们能够想象有些文明拥有能够标志其社会的比特数比我们的多得多。一般地说，我们可以预计，一个能量等级高的文明，其信息等级也高。但这也不必作为定论。当然也能想象有些社会非常复杂，需要比我们社会多得多的比特作为特征，然而他们对星际通讯却不感兴趣。我们按特征来区分星际文明时，也要同样考虑它们的信息内容。

如果我们用数字来表示能量，就应该用字母来表示信息。英语字母表中共有26个字母。如果每个字母相当于比特10的一次方，26个字母就相当于10²⁶的信息范围。这个范围很大，看来够我们使用的。把一个“20个问题”水平用10¹⁶。比特作标志的文明称为A型文明。事实上，这是个极端原始的社会，比我们已知的任何人类社会更为原始，这是个很恰当的起点。我们从希腊文明所得到的信息量把，希腊文明标志为C型文明，那么从培里克里斯为代表的雅典极盛时期，其实际信息量可能大致相当于E型文明。按照这样的标准，我们的现代文明用10¹⁴比特作标志，相当于H型文明。

把能量和信息的标志综合起来考虑，目前我们地球上的人类社会属于0.7H型文明。我们首次接触的外星球文明也许将是1.5J或1.8K型的。如果有一个由100万个世界组成的星系文明，每个世界以大于地球文明1千倍的信息量作标志，那么它属于Q型文明。由10亿个这样的星系组成联盟，它们拥有的总信息量，就得用一个Z型文明来标志了。

然而，整个宇宙史上还不曾有足够的时间来发展这样的星系间社会。从A到Z的全程，看来得从远比任何人类社会更为原始的社会开始，一直进展到远比任何可能达到的先进程度更为先进的社会。

宇宙文明分类及其能量通讯划分

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