천재 과학자가 제시한 우주 문명의 수준을 측정하는 공식 '카르다쇼프 척도' [우주]

0.75 지금 현재 우리 인류는 여기 있습니다 만약이 드넓은 우주에 우리를 제외한 문명이 존재한다면 그들이 어느 정도 발전해 있는지를 어떻게 계산할 수 있을까요 또 우리 인류가 도달한 위치는 어떻게 알 수 있을까요 1964년 소련의 천문학자인 니콜라이 카르다쇼프 제안한 카르다쇼프 척도는이 문제에 대한 명쾌한 해답이 되어주었죠 아주 먼 과거 인류는 오로시 자신의 근육에서 나오는 에너지만을 사용했습니다 말 소화 같은 가축을 기르게 된 후에는 그보다 몇 배는 큰 에너지를 사용하게 되었고 증기 기관과 같은 장치를 개발한 후에는 수십 수백배에 달하는 에너지를 다룰 수 있게 되었는데요 그리고 현재 우리는 과거라면 상상도 할 수 없을 정도의 어마어마한 에너지를 일상적으로 사용하고 있죠 이처럼 문명은 발전하기 위해 에너지를 필요로 하며 발전 단계에 따라 사용하는 에너지의 양이 기하 급수적으로 늘어나게 됩니다 이것을 근거로 문명이 이 얼마만큼의 에너지를 사용하는가를 통해 문명의 척도를 구분하기 바로 카르다쇼프 척도인요 초기에는 단순히 유형원 유형 2 유형 3의 세 단계로 나누어졌습니다 1973년 미국의 천문학자 칼 세이건이 문명의 단계를 구체적으로 세분화하여 정확히 문명의 수준을 평가할 것을 제시하며 소수점 자리까지 값을 구하는 공식이 등장하게 되죠이 공식에 따르면 우리 인류는 현재 0.75 단계에 도달해 있습니다 아직 유형 원에도 도달하지 못한 상태죠 유형원은 모성의 에너지를 전부 활용할 수 있는 문명을 나타냅니다 인류의 경우 지구의 모든 에너지를 완벽하게 제어할 수 있을 때 비로소 유형 원에 도달했다고 할 수 있는 것인데요 우리가이 단계에 도달하기 위해서는 현재에 약 500배에 달하는 에너지를 사용할 수 있을 정도로 발전해야 하죠 유형 원을 달성하게 된 문명은 1일경 와트의 에너지를 사용하며 SF 영화에서나 나올 법한 일들은 현실로 이루어낼 수 있습니다 기상 현상을 완벽하게 제어해 천재지변이라 것이 존재하지 않도록 만들 수 있고 해저 도시나 해상 도시를 건설할 수 있는데요 모성 주변의 우주 공간의 진출해 가까운 행성을 테라포밍여 거주 구역을 확장하는 것도 가능하죠 스타크래프트의 테란과 같은 문명이 유형 원에 속한다고 볼 수 있으며 우리 인류는 약 100에서 200년 사이에이 단기에 도달할 것으로 예상됩니다 여기서 중요한 점은 에너지를 생성하는 석유 석탄과 같은 각종 자원들이 한정되어 있다는 것인데요 모성의 에너지를 전부 사용하게 된 문명은 더 많은 에너지를 갈구하며 필연적으로 우주로 뻗은 나가게 됩니다 그렇다면 위형 원의 다다른 문명이 가장 쉽게 막대한 에너지를 얻을 수 있는 방법은 무엇일까요 정답은 바로 우리 머리 위에 있습니다 태양 즉 항성이 플라스마로겐 항성은 행위와 반응을 통해 어마어마한 에너지를 내뿜는데 예를 들어 지구에서 가장 가까운 항성이 태양이의 유일한 항성 태양은 일초에 38.6 uw 에너지를 생성하지이 엄청난 양의 에너지를 전부 사용할 수 있는 문명이 바로 유형 2의 문명입니다 놀랍게도 유형 2에 도달할 수 있는 방법은 1960년대에 이미 제시되어 있는데요 미국의 이론 물리학자 프리먼 다이슨이 제시한 다이슨 구체는 항성을 한 겹으로 완전히 덮어 버리는 구형의 거대한 구조물을 뜻하죠 지구와 태양 사이에는 엄청난 거리가 존재하기 때문에 지구에는 태양이내는 에너지에 극히 일부만이 도달합니다 그러나 다이슨 구체를 활용한다면 항성이 방출하는 에너지를 남김없이 얻는 것이 가능해지는데요이 단계에 도달한 문명은 천체들을 하나의 자원으로 로 활용하는 것이 일상이 되죠 방대한 에너지를 바탕으로 광속에 가까운 속도로 우주 공간을 누비며 주변의 행성을 모조리 테라포밍 하는 것은 물론 우주 선단을 이끌고 다니며 문명의 무대를 광활한 우주 공간으로 옮겨 놓게 됩니다 워프와 같은 이동 기술을 적극 활용하여 물리 법칙을 위배하지 않고 광속을 돌파할 수도 있는데요이 단계에 도다란 문명의 기술력이 잘 상상이 되지 않는다면 스타크래프트의 프로토스를 생각하면 되죠 행성을 조각내고 수백 수천의 우주 전함을 거느리고 수십억 규모의 병력으로 전쟁을 버리는 일은 유형 2의 문명에게 있어 그리 어려운 일이 아닙니다 심지어 이들은 쓰레기를 처리함과 동시에 에너지를 생성할 수도 있는데요 블랙홀의 자연권에 끌려들어간 물체가 회전하며 두 조각으로 나뉘는 과정에서 빛이나 음파를 쏘아 한 조각을 밖으로 튕겨 나오게 만듦으로써 에너지를 추출할 수 있다는 펜로즈 과정을 활용해 블랙홀을 쓰레기 처리 장이자 발전소를 활용하는 것이죠 그러나 우리 인류가이 단계에 도달하기 위해서는 커다란 난제가 존재합니다 태양계의 존재하는 모든 지구형 행성 즉 수성과 금성 지구 화성을 모조리 사용해도 태양을 덮을 수 있는 만큼의 재료를 구할 수 없다는 것인데요이 문제를 해결하기 위해서는 질량의 대부분이 가스와 같은 유치로 이루어져 있는 목성형 행성들의 대기를 제거한 뒤 핵을 채굴하고 태양계 밖의 행성들을 함께 사용해야 하기 때문에 어마어마한 기술력과 시간이 투자되어야 하죠 때문에 우리 인류가이 단계에 도달하기까지는 약 1년에서 3,000년 이상의 시간이 걸릴 것으로 예상됩니다 만약 하나의 항성이 아닌 여러 개의 항성을 에너지로서 활용할 수 있다면 어떨까요 분명 그 문명은 우리가 감히 상상할 수 없는 신과 같은 능력을 보유하게 되겠죠 유형 3는 자신이 속한 은학의 전체를 에너지로서 활용하는 문명을 의미합니다 우리 인류로 예를 들면 우리 은하를 완전히 정복해야만이 유형에 도달할 수 있는 것인데요 은하의 중심에는 초대질량 블랙홀이 존재하며 우리 은하 역시 태양에 약 400만 배의 질량을 지닌 블랙홀이 중심부에 위치하고 있습니다 이런 초대질량 블랙홀과 더불어 태양의 700조 배의 밝기로 빛나는 쾌이사 태양의 일생 동안내는 총 에너지보다 커다란 에너지를 한 번에 내뿜는 감마선 폭발 태양의 100억 배에 달하는 부피를 자랑하는 적색 초거성 스티븐슨 28을 비롯한 온가 천체를 하나의 자원으로서 활용하게 되는 날이 바로 유형 3의 인류가 도달하게 되는 날인데요 그 난이도가 너무나 높다 보니 앞선 두 유형과 달리 도달까지 최소 10만 년에서 100만 년이라는 기나긴 시간에 소요될 것으로 로 예상되죠 약 5간 와트에 달하는 에너지를 활용하는 유형 쓰리 문명은 창작물에서도 찾아보기 힘듭니다 이미 초자연적인 존재에 도달한 이들은 행성과 항성을 창조하고 마음대로 위치를 조정하며 중력 이론도 통용되지 않는 막대한 에너지로 시공간 자체를 뒤틀어 버리는 것이 가능한데요 이러한 문명들은 끝없이 다른 은하계로 자신들의 영향권을 확장하며 더더욱 많은 에너지를 활용하게 되죠 2011년 미국의 물리학자 미티오 카쿠는 자신의 저서인 미리에 물리학을 통해 유형 3의 다음 단계를 제시했습니다 앞선 유형들과 달리 4단계 이상의 유형들은 논의할 수 있는 요소가 거의 존재하지 않을 정도로 불확실하기 때문에 이것을 카르다쇼프 척도에 포함시켜야 하는지에 대해서는 의견이 갈리는데요 먼저 유형 포는 은하계를 넘어 우주 전체의 에너지를 모두 사용하는 문명을 가리키죠 감히 이해하는 것조차 불가능한 이들은 우주의 인가율 그 자체에 간섭하여 원인과 결과를 뒤바꾸고 조작할 수 있습니다 태초에 하나님이 천지 를 창조하시니라 하나님이 가라사대 빛이 있으라 하심에 빛이 있었고 성경의 한 구절처럼 말 한마디만으로 개념이나 물질 그 자체를 창조하는 것이 가능하며 섭리 자체를 완벽히 조종하는 것이 바로 유형 4인데요 유형 3의 문명이 치트키를 사용하며 시뮬레이션 게임을 플레이하는 유저라면 유형 4의 문명은 게임을 개발하고 업데이트하는 개발자라고 볼 수 있는 것이죠 유형 5와 유형 6의 문명은 다중 우주가 존재한다는 가정하에 제시되었습니다 유형 5 문명은 여러 다중 우주의 에너지를 사용하고 유형 6 문명은 모든 다중 우주의 에너지를 사용한다는 것인데요 유형 3를 돌파한이 세 단계의 문명에 인간이 도달하기까지 어느 정도의 시간이 걸릴지는 아예 예상조차 불가능하죠 카르다쇼프 척도는이 우주에 존재하는 이상 그 누구도 거스를 수 없는 절대적인 법칙 열 역학을 전제로 두고 있습니다 제 1 법칙 에너지의 보전 법칙 에너지가 다른 에너지로 전환될 때 에너지의 총합은 언제나 일정합니다 예를 들어 의 에너지가 담긴 보조 배터리로 완전히 방전된 휴대폰을 충전한다 men 90의 에너지는 휴대폰에 흡수되며 10의 에너지는 열 에너지로 방출되지 제 2법칙 엔트로피의 법칙 열은 무질서하게 방출되는 에너지이며 즉 열 에너지가 많아질수록 엔트로피가 높아지게 됩니다 따라서 어떤 에너지가 전환되는 과정에서 그 일부가 열 에너지로 전환된다면 엔트로피가 증가했다고 할 수 있는데요 제 2법칙에 따라 엔트로피는 감소하지 않으며 따라서 열 에너지는 증가하기 할뿐 감소하지 않죠 쉽게 이야기하면 에어컨으로 방안을 시원하게 만들기 위해서는 그 이상의 열 에너지를 밖으로 방출해야 하는 것이 바로 열 역학 제 2 법칙입니다 따라서 에너지를 많이 사용하는 문명일 록 그만큼의 열 에너지를 방출할 수밖에 없으며 그 양에 따라 문명의 단계를 구본하 수 있는 것이죠 그러나 방출되는 열 에너지로 관측된 문명의 척도를 계산하는 카라다 쇼프 척도는 근본적인 한계점이 몇 가지 존재합니다 먼저 에너지의 효율이라는 문제점이 존재하는데요이 2017년 출시된 그래픽 카드 gtx 1080 TI n 약 250w 전력을 소비하지 그리고 2023년 출시된 rtx 460은 약 115w 전력을 소비합니다 카르다쇼프 척도 대로라면 1080 TI 4060 다 더 높은 척도에 위치하고 있지만 실제로는 에너지 효율이 좋은 460의 1080 TI 보다 더 좋은 성능을 보여주는데요 이와 마찬가지로 카르다 쇼프 척도는 100의 에너지로 천의 힘을내는 문명을 200 에너지로 400의 힘을내는 문명보다 하등하다 평가하게 되는 커다란 문제점이 존재하죠 두 번째 문제점은 앞서 말한 열역학 제 2법칙에 기원합니다 열 에너지는 감소하지 않기 때문에 우리 인류는 현재 지구 온난화라는 커다란 위기에 봉착해 있는데요 지구의 에너지를 소비하면 소비할수이 문제는 더더욱 심각해지게 되죠 지구 온난화를 해결하지 못한다면 1단계에 도달해 모성을 탈출하기 전 모든 문명은 파멸을 맞이할 수밖에 없습니다 따라서 다음 단계의 문명은 그저 뜬 그름 잡는 소 소리에 불가할 수도 있는 것이죠 세 번째 문제는 유형 2를 달성하기 위해 필수적인 다이슨 구체에 있는데요 유형원의 문명에 모든 힘을 쏟아부어야 수행 가능한 다이슨 구체와 같은 대형 프로젝트는 필연적으로 문명 전체의 단합과 결속을 요구합니다 그러나 인류는 이미 온갖 갈등으로 인해 서로 화합은 커녕 전쟁을 일삼고 있으며 화합을 하였다 하더라도 그 평화가 제 100년도 가지 못하는 것이 현실인데요이 때문에 인류와 완전히 다른 사상과 윤리 의식을 가진 종족이 등장하지 않는 한 문명은 결코 유형 2에 도달할 수 없죠 여러 한계점이 있음에도 불구하고 문명의 발전 단계를 직관적으로 나타낸다는 장점이 있는 카르다쇼프 척도는 지금까지도 널리 쓰이고 있습니다 일과 유형 원을 달성하기 위해서는 산업 혁명과 같은 대규모 전환이 필요할 것으로 예측되는데 현재 4차 산업 혁명으로 주목받고 있는 AI 발전이 가장 유력한 후보로 꼽히고 있으며 일각에서는 유기 생명체의 한계를 극복하기 위해 인간이 육체를 벌리고 의식을 컴퓨 퓨터에 업로드하는 디지털 문명으로의 전환이 필요하다는 주장을 꺼내기도 하죠 한편 네덜란드 전파 천문학 연구소는 2015년 유형 3의 문명은 매우 드물거나 관측 가능한 우주에 존재하지 않는다라는 결론을 내렸습니다 과연고 단계의 문명은 단지 허상에 불과하며이 드넓은 우주에는 인류만이 유일한 문명인 걸까요 그것이 아니라면 우리 지구를 건전지 정도로 밖에 보지 않을 고도의 문명이 어딘가 존재하는 걸까요 기묘한 밤이었습니다 [음악] k