Fysicus Michio Kaku, die zowel binnen als buiten de natuurkunde bewezen heeft een onconventioneel denker te zijn, geeft een overzicht van de eerste drie categorieën buitenaardse beschavingen zoals voorspeld door de Russische astronoom Kardashev.
Categorieën 4 (een beschaving die de energiebronnen van een heel universum kan benutten) en 5 (ook die van parallelle universa) vallen buiten bereik, en zijn ook minder realistisch. Immers, van een dergelijke alomvattende superbeschaving hadden we ondertussen wel sporen ontdekt, als anomalieën.
Meer achtergrondinformatie over de vijf trappen van Kardashev (dus ook Kardashev-IV en Kardashev-V) is te vinden in ons artikel over dit onderwerp.
Een witte dwerg geeft heel fel licht, maar is maar heel klein, ongeveer zo groot als een aardachtige planeet, maar dan met de massa van een ster. Die kleine afmetingen maken een witte dwerg interessant voor een megalomaan project: een holle reuzenaarde bouwen. Zou dit kunnen?
Dysonschil
Met een Dysonzwerm kan je een groot deel van de totale energie van een zon aftappen.
Een spectaculair idee om ons gebrek aan woonruimte in één klap op te lossen is het aanleggen van een zogeheten Dysonschil, een concept bedacht door de Britse fysicus Freeman Dyson. In het kort komt het er op neer om in plaats van het planetenstelsel dat we nu kennen, een holle bolvormige schil rond de zon aan te leggen. De bewoonbare oppervlakte zou hiermee extreem groot worden. Als de schil zich ter hoogte van de aarde zou bevinden, zou de bewoonbare oppervlakte meer dan 1,1 miljard maal die van de aarde zijn. Veel onderzoekers denken dat dit een logische stap is voor een Kardashev-II beschaving.
Zoals zich laat vermoeden is hier ook extreem veel materiaal voor nodig dat bovendien extreem sterk moet zijn om de enorme krachten op te vangen. Om even een idee te geven: als de hele aarde gebruikt zou worden om de Dysonschil mee aan te leggen, zou dit een laagje van ongeveer een millimeter dik opleveren. Reken daarbij nog het materiaal dat nodig is om een leefbare ecosfeer te scheppen. Dit is dus wat minder praktisch.
Maar wat als de Dysonschil veel kleiner zou zijn? Bij de zon is dat onhaalbaar: de zon zelf is al 1,4 miljoen kilometer in diameter. Echter: er zijn veel kleinere sterren die uitstekend geschikt zijn: witte dwergen.
Bewoonbare zone rond een witte dwerg
Kleine sterren van ongeveer een zonsmassa of minder storten op het eind van hun leven niet ineen tot een neutronenster of zwart gat, maar veranderen in een witte dwerg. Een witte dwerg bevat het grootste deel van de massa van de ster, maar dan samengeperst in een volume ter grootte van de aarde. Afhankelijk van hoe zwaar de voorgangerster van de witte dwerg was, bestaat de kern uit opeengepakt helium, een mengsel van koolstof en zuurstof of (zeer zeldzaam) een kern bestaande uit neon, zuurstof en magnesium. Dit laatste vereist dat de ster op tijd het grootste deel van zijn massa afstoot, zodat zich geen neutronenster vormt en is dus vrij zeldzaam.
De lichtste vorm heeft zich nog niet kunnen vormen – een rode dwerg blijft voor zeker honderd tot duizend miljard jaar in de hoofdreeks (hoewel er witte heliumdwergen bekend zijn waarvan een zware begeleider de buitenste gaslagen heeft gestript) . Dat is tientallen malen de ouderdom van het heelal. Vrijwel alle witte dwergen behoren dan ook tot de nuttigste categorie: witte dwergen met een koolstof-zuurstofkern.
Starlifting, het oogsten van een planetaire nevel en een echte ozonlaag
Witte dwergen van deze grootte hebben een bewoonbare zone op ongeveer een miljoen kilometer afstand. Dit maakt de benodigde hoeveelheid materiaal veel kleiner, omdat de oppervlakte ‘slechts’ zevenduizend maar die van de aarde is. Geen punt, want om deze sterren bevindt zich een enorme planetaire nevel, tientallen procenten van de totale massa van de ster, die je zou kunnen oogsten. Vooral de koolstof hierin is uiteraard interessant, want hier kan je extreem sterke materialen als koolstofnanovezels van construeren en ook waterstof en stikstof, wellicht zelfs een spoor silicium en metalen vandaan halen. Een grotere bron van koolstof en ook zuurstof is de witte dwerg zelf. Je zou door middel van starlifters in een baan om de dwerg de ijle zuurstof-koolstofdampen rond de ster kunnen afzuigen. De zuurstofrijke atmosfeer binnen de Dysonschil vormt een ozonlaag die het leven op de oppervlakte van de Dysonschil beschermt tegen de sterke UV-straling van de dwerg. Het is even doorpakken, maar dan heb je ook je super-holle aarde. Wel moet je bij het ontwerp rekening houden met de koeling.
Stabiele omloopbaan
De krachten die op deze Dysonschil komen te staan zijn, vergis je niet, echt immens groot. Een massieve schil, waar Dyson aan dacht, is dus met de huidige technologie en met de vormen van materie die we nu kennen, niet mogelijk. Wel zou je kunnen denken aan een actieve schil, bestaande uit zwevende delen en een gasdicht membraan dat het gas opgesloten houdt of wellicht aan elektromagnetische opsluiting. De schil zal vermoedelijk ook de vorm van een torus of afgeplatte schijf kunnen krijgen. Door de schijf loodrecht op de rotatierichting te laten wentelen, zou je in principe het systeem stabiel moeten kunnen houden. Het hele systeem zou onzichtbaar zijn, maar warmtestraling van ongeveer een graad of twintig à dertig uitstralen. Er is dus een goede reden om objecten met ongeveer deze temperatuur, bruine dwergen, dit ding hier bijvoorbeeld, heel goed in de gaten te houden. Want wie weet zijn buitenaardse wezens ons al voor geweest…
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.
Een Kardashev-1 beschaving kan in principe het weer controleren. Over twee eeuwen zijn er dus mogelijk nooit meer orkanen.
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.
Wetenschapper Dyson bedacht een enorme schil die we om de zon kunnen bouwen om zo alle energie van de zon te benutten.
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.
Sommige uitvinders geloven dat we de enorme nulpuntenergie kunnen aftappen.
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.
Er zijn aanwijzingen gevonden dat ons heelal niet uniek is en in botsing is gekomen met andere heelallen.
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.
