energie

De menselijke beschaving is nog steeds niet de wieg die de aarde is, ontgroeid. Dat heeft denkers als astrofysicus Nikolai Kardashev er niet van weerhouden om na te denken hoe onze beschaving zich in de verre toekomst zal ontwikkelen. Hij onderscheidde vijf Trappen van Kardashev. Zullen we de vijfde trap van Kardashev bereiken voor we onszelf vernietigen?

Alles is energie

Hoe een toekomstige beschaving er uit komt te zien, weten we niet. Zal er een manier gevonden worden om sneller dan het licht te reizen? Zullen we wonen in enorme zwevende ruimtekolonies zo groot als de maan? Of zal de mens worden vervangen door intelligente machines? Zal het toekomstige economische systeem nog steeds kapitalisme zijn of een volkomen nieuw systeem? Een ding is in ieder geval zeker: elke beschaving wordt gekenmerkt door de mate waarin deze energie gebruikt.

Meer dan tien keer zo veel energie als de oude Romeinen

We hebben onze welvaart bereikt omdat we veel meer energie kunnen gebruiken dan bijvoorbeeld de oude Romeinen. Pper persoon meer dan tweeduizend watt. Ter vergelijking: de Romeinen of de middeleeuwers, moeten het met minder dan honderd watt doen. Tweehonderd watt is de maximale arbeid die het menselijk lichaam gedurende langere tijd kan leveren. Economische groei is vrij nauw verbonden met de mate waarin we energie kunnen gebruiken. Zo lag door de economische recessie rond 1982 het wereldenergiegebruik lager dan twee jaar eerder. Er zal geen economische groei (of zelfs maar de huidige welvaart) zijn als we geen vervanger vinden voor de nu snel uitgeput rakende fossiele brandstoffen.

Als we het energieprobleem hebben opgelost is het daarom te verwachten  dat toekomstige beschavingen veel meer energie zullen gebruiken dan wijzelf. We kunnen zelfs vrij nauwkeurig voorspellen welke technologische doorbraken behaald kunnen worden aan de hand van de benodigde energie. Om die reden heeft Nikolai Kardashev zijn classificatiesysteem van beschavingen gebaseerd op energie. En wel door deze te rangschikken naar energieverbruik. Het heelal om ons heen beschikt over enkele duidelijke mijlpalen die hiervoor gebruikt kunnen worden. Dat zijn de beschikbare energie op de aarde, in het zonnestelsel, de melkweg en het universum.

De formule van Sagan
Astronoom Carl Sagan bedacht een vrij simpele formule om het Kardashevniveau van een beschaving te meten. Deze is afgeleid van het energieverbruik als volgt: [latex]K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}[/latex]. Dit benadert vrij mooi de opeenvolgende stappen in de Kardashev-schalen die rond de tien miljard, tien tot de macht tien, liggen.  De hele aarde (Kardashev-1) krijgt maar een tienmiljardste van de energie van de zon (Kardashev-2) etcetera. Daarom wordt gedeeld door tien: de logaritme van een getal geeft bij benadering het aantal nullen. Log duizend is drie, log miljoen is zes, log tien miljard is tien. Een megawatt, het vermogen van een kleine windmolen, is dus Kardashev-nul. De spierkracht van alle mensen samen heeft een vermogen van Kardashev 0,6. Het Romeinse Rijk met al zijn slaven haalde een schamele 0,4. Als we in deze formule het energieverbruik van de aarde in 2020 invullen, 15 terawatt (=1,5 x 10¹³ watt), scoren we nu dus 0,718.

Kardashev één: de wereld is niet genoeg

Onze beschaving verbruikt met vijftien terawatt veel energie. Maar deze energie vormt maar een kleine fractie van alle energie die op aarde beschikbaar is.

We staan op de Kardashev-schaal dan ook nog maar rond de 0,7. Alle zonne-energie die op het aardopppervlak neerstraalt vertegenwoordigt 120.000 TW, achtduizend keer zoveel.

Hoe stompzinnig de mensheid bezig is wordt pas echt duidelijk als je je bedenkt dat we maar zeven procent van al ons energieverbruik uit directe en indirecte zonne-energie (waterkracht en wind) halen. De rest bestaat uit fossiele brandstoffen (85%)  en de enigszins duurzame kernenergie. Dat is zes procent, al moet dan wel worden overgeschakeld op kweekreactoren.

1% van het aardoppervlak bedekken met zonnepanelen is reeds voldoende om alle energie te leveren die de mens nu nodig heeft. Met een geschat groeipercentage van 3% per jaar duurt het bijna een eeuw voor de woestijnen vol staan.

Ondertussen zullen uiteraard al zwevende zonnecentrales actief zijn. De zon schijnt in de ruimte altijd en er is geen hinderlijke atmosfeer. Kortom: Kardashev-één ligt tussen de honderd en tweehonderd jaar na nu, als we huidige trends mogen doortrekken.

Kardashev twee: de zon melken

Hoewel de hoeveelheid zonlicht die op de aarde valt enorm is, is het maar een tien miljardste van alle energie die de zon uitstraalt: 3,8 * 10²⁶ watt.

Een vergevorderde beschaving kan alle zonlicht dat nu de ruimte in straalt opvangen met zwevende zonnecentrales en verwerken tot bijvoorbeeld antimaterie of het gebruiken om sterrenschepen naar andere sterren te sturen.

Om voldoende zonnecentrales te bouwen zouden planeten als Mercurius en Venus uit elkaar gesloopt moeten worden. Of we moeten de benodigde constructiematerialen van de enorme gasreuzen Jupiter en Saturnus of de twee kleinere ijsreuzen Uranus en Neptunus halen. Een zinniger plan, want er zijn aanwijzingen dat Mercurius en Venus de omloopbaan van de aarde in evenwicht houden)

Kardashev drie: een heel melkwegstelsel aftappen

De gehele zon is nu omgeven door een donkere wolk van dof gloeiende energiecentrales, die een indrukwekkende bevolking (of gigantische machines) kunnen ondersteunen. Echter: de zon is maar een miezerig sterretje vergeleken met de energie die honderden miljard andere sterren uitstralen. Om het maar niet te hebben over de hoofdprijs. Namelijk het enorme zwarte gat in het centrum van het melkwegstelsel. Zwarte gaten kunnen, weten we uit astronomische waarnemingen van quasars, werkelijk ongehoord grote hoeveelheden energie kan opwekken, meer dan alle sterren bij elkaar.

Kortom: het volgende agendapunt voor onze verre nazaten is het ombouwen van het hele melkwegstelsel tot een enorme energiecentrale. Alle honderden miljarden sterren zullen voorzien worden van zwevende zonnepanelen. Het altijd hongerige zwarte gat in het centrum van de melkweg zal mogelijk een centrale worden waar waardeloze uitgebrande sterren heen gesleept worden om opgestookt te worden. Objecten die in zwarte gaten vallen, leveren namelijk tot tientallen procenten van hun massa op in energie. De donkere materie als energiebron aftappen – als dat zou lukken – zou nog veel meer energie opleveren. De totale hoeveelheid energie in het melkwegstelsel ligt vermoedelijk rond de 4 x 10³⁷ W, honderd miljard maal meer dan die van de zon.

Kardashev Vier: het universum ombouwen

Ons melkwegstelsel is niet uniek, maar heeft biljoenen soortgenoten.  Een echt vergevorderde beschaving zou zijn begerige ogen laten gaan over de onafzienbare hoeveelheid andere melkwegstelsels. Afstanden worden nu een enorm probleem. Immers, zelfs het licht doet een miljoen lichtjaar over de reis naar onze buur, het Andromedastelsel. Maar een beschaving met voldoende hulpbronnen kan uiteraard zelfvermenigvuldigende ruimteschepen met snelheden in de buurt van de lichtsnelheid op weg sturen naar andere sterrenstelsels.

Volgens de laatste inzichten zet het heelal nu zo snel uit dat het niet zal lukken om de rest van het waarneembare heelal te bereiken. Dit betekent dat alleen de Lokale Groep en de Virgocluster, waar de Lokale groep deel van uitmaakt, in aanmerking komen.

Alle gas in melkwegstelsels is maar een deel van de totale hoeveelheid materie in het universum. Er is veel meer gas in de intergalactische ruimte, zij het zeer dun verspreid. Megalomane beschavingen zullen ook deze willen oogsten. Alle licht van de sterren in het zichtbare universum samen heeft een vermogen van 2 x 10⁴⁹ W, een miljard maal meer dan die van het melkwegstelsel.

Mogelijk kunnen we ook de donkere energie temmen. Er is nog maar één natuurkundige constante die hier boven ligt: het Planck-vermogen van 3,63 x 10⁵² W, bijna tweeduizend keer zoveel. Is dit een maat voor de werkelijke hoeveelheid energie die ons universum verbruikt en die werd omgezet tijdens de Big Bang? Niemand weet het. We weten wel dat voor bepaalde kosmologische theorieën het erg makkelijk rekenen is met dit Vermogen van Planck.

Kardashev Vijf: parallelle heelallen aftappen

Tot voor kort was deze gedachte science fiction, maar uit de recente ontdekking van enorme ringen in de kosmische achtergrondstraling weten we dat er in het prille begin van het heelal waarschijnlijk andere heelallen met het onze zijn gebotst. De (overigens uiterst speculatieve) snaartheorie stelt dat er miljarden parallelle heelallen bestaan. Volgens de veel-werelden interpretatie van de kwantummechanica splitst ons heelal zich voortdurend in dochterheelallen.

Ons heelal zal na vele miljarden jaren uitgebrand zijn. Zelfs de allerzuinigste rode dwergen doven langzaam na duizend miljard jaar. Kortom het zou wel eens een erg verstandig idee kunnen zijn om te proberen op tijd weg te komen uit dit universum. Een verder gaand plan is zelf nieuwe universa uit het niets scheppen en de energie aftappen die vrij komt door met universums te spelen.

Misschien kunnen we de hoger dimensionale equivalent van ruimtetijd, zoiets als ylem, zo manipuleren dat hier onvoorstelbare hoeveelheden energie uit vrij komen. Er is geen religie, de hindoeïstische uitgezonderd, die aan deze mogelijkheid heeft durven denken. Hier begeven we ons op compleet onbekend terrein. Als wetenschappers een manier ontdekt om naar een ander universum te reizen, hebben we in één klap al Kardashev Vijf bereikt. De vermogens van de mens zullen dan ongekend zijn. Laten we hopen dat we tegen die tijd de ergste stommiteiten verleerd hebben.