Student World

Aby fyzikové zjednodušeně popsali technologické možnosti budoucích civilizací za miliony let, občas je klasifikují podle spotřeby energie a zákonů termodynamiky. Když na nebi pátrají po známkách inteligentního života, nehledají malé zelené mužíčky, ale civilizace, jejichž energetický výstup odpovídá typu I, II nebo III. Tuto klasifikaci výkonu radiových signálů případných mimozemšťanů zavedl v 60. letech ruský fyzik Nikolaj Kardašev. Civilizace příslušného typu bude totiž produkovat charakteristické radiové záření, které bychom mohli zachytit a analyzovat. (Pomocí přístrojů bychom zaznamenali i pokročilou civilizaci, která by se záměrně skrývala. V souladu s druhým zákonem termodynamiky bude totiž taková civilizace produkovat entropii v podobě odpadního tepla unikajícího do okolního kosmického prostoru. I kdyby svoji přítomnost důmyslně maskovali, nedokázali by odstínit slabou tepelnou záři generovanou entropií.)
Civilizace typu I naprosto ovládly planetární zdroje energie. Jejich spotřeba je jasně dána: jsou schopny plně využít veškerou sluneční energii dopadající na planetu, což je 10 na 16 wattů. S touto celoplanetární energií dokážou řídit nebo měnit počasí, korigovat směry hurikánů anebo stavět města v oceánech. Takové civilizace jsou opravdovými pány své planety, vytvořily planetární civilizaci v plném slova smyslu.
Civilizace typu II již vyčerpaly energetické zdroje své planety a ovládly výkon celé hvězdy, tedy řádově 10 na 26 wattů. Jsou schopny využít veškerý energetický výkon centrální hvězdy, ovládají sluneční erupce, nebo dokonce umí zažehnout nové hvězdy.
Civilizace typu III spotřebovaly energii svých slunečních soustav a kolonizovaly rozsáhlé oblasti domovské galaxie. Vládnou energií alespoň 10 miliard hvězd, tedy řádově 10 na 36 wattů.

…

Moderní technologie umožňují dále zpřesnit klasifikaci možných civilizací. Kardašev přišel se svou klasifikací v 60. letech, tedy dávno před nástupem miniaturizace počítačů, pokroku v nanotechnologiích i před problémy spojenými se znečištěním prostředí. Ve světle nedávného pozemského vývoje si můžeme oprávněně myslet, že pokročilá civilizace bude pokračovat ve svém vývoji poněkud odlišně, a to díky informační revoluci, jíž začínáme být už nyní svědky.
Kdyby se pokročilá civilizace rozvíjela exponenciálně, hojná produkce odpadního tepla by nebezpečně zvýšila teplotu atmosféry domovské planety a způsobila by klimatické problémy. Kolonie bakterií na Petriho misce rostou exponenciálně do té doby, než vyčerpají zásoby živin a doslova se utopí ve vlastních odpadcích. Protože lety do vesmíru zůstanou na mnoho staletí i nadále velmi drahé a přeměňování blízkých planet k pozemskému obrazu bude velkým ekonomickým i odborným problémem, hrozí nebezpečí, že se rozvíjející se civilizace typu I udusí ve vlastním odpadním teple. Jednou z mála možností je miniaturizovat a modernizovat zpracování informace.
Abychom si uvědomili účinnost takové miniaturizace, představme si lidský mozek, který obsahuje zhruba 100 miliard neuronů (tedy asi tolik, kolik je galaxií v pozorovaném vesmíru), ale neprodukuje přitom skoro žádné teplo. Kdyby dnešní inženýr stál před úkolem navrhnout elektronický počítač schopný každou sekundu provádět biliardy bitových operací – a mozek něco takového podle všeho snadno provádí – přišel by nejspíš s několika bloky ve tvaru krychle, které by se musely chladit velkými spoustami vody. Ovšem náš mozek je schopen úžasných myšlenek, aniž by se zapotil.
Mozek toto dokáže díky své molekulární a buněčné architektuře. Především to není vůbec žádný klasický počítač (nejde o standardní Turingův stroj se vstupní páskou, výstupní páskou a centrálním procesorem). Mozek nemá žádný operační systém, žádné Windows, CPU či pentiový čip, o nichž hovoříme v souvislosti s elektronickými počítači. Tvoří ho vysoce efektivní neuronová síť, systém schopný učení, ve kterém jsou paměťové informace i myšlenkové vzory rozprostřeny ve značné části mozku, nikoli jen v centrální jednotce na zpracování dat. Mozek dokonce ani nijak rychle nepočítá, protože elektrické informace rozesílané podél neuronů jsou chemické povahy. Pomalost mozku však více než vyvažuje jeho schopnost paralelního zpracování dat a schopnost velmi rychle si osvojovat nové podněty.
Vědci ve snaze zvýšit zatím malou účinnost elektronických počítačů přicházejí s novými nápady, z nichž řada je odpozorována z přírody. Cílem je vytvořit novou generaci miniaturizovaných počítačů. Odborníci z Princetonu už umějí provádět výpočty pomocí molekul DNA (jež připomínají kousky počítačové pásky, informace na nich však nejsou uloženy binárně, ale pomocí čtyř dusíkatých bází A, T, C a G). Jejich počítač vyřešil jednoduchý problém obchodníka cestujícího mezi několika městy (tedy určil nejkratší cestu spojující N měst). V laboratoři už byly vyrobeny molekulární tranzistory, a dokonce i primitivní kvantové počítače (provádějící výpočty na jednotlivých atomech).
Při tak rychlém pokroku nanotechnologií si lze snadno představit, že pokročilá civilizace nalezne daleko efektivnější cesty svého dalšího rozvoje, a nepůjde tedy cestou hromadění čím dál většího množství odpadního tepla, což by ohrozilo její existenci.

Typy A až Z

Carl Sagan zavedl ještě jiný způsob klasifikace pokročilých civilizací. Je založen na množství informací, jež příslušné civilizace obsahují. Například civilizace typu A je schopna uchovávat a zpracovávat řádově 10 na 6 bitů informací. To odpovídá primitivní společnosti bez psaného jazyka, která se však již dorozumívá mluvenou řečí. Aby Sagan názorně přiblížil množství informací uchovávaných v civilizaci typu A, použil příměr s hrou na dvacet otázek. Vaším úkolem je identifikovat neznámý objekt, nesmíte ale položit víc než dvacet dotazů, na něž dostanete odpověď jen ano, nebo ne. Jednou z možných strategií je klást otázky, které vždy rozdělí svět na dvě jasné části, například: „Je to živé?“ Když se takto zeptáte dvacetkrát, rozdělíte svět na 2 na 20, tedy přibližně 10 na 6 částí, což je právě celý informační obsah civilizace typu A.
Když společnost objeví písmo, její informační obsah nesmírně vzroste. Fyzik Phillip Morrison z MIT odhaduje, že veškeré psané dědictví antického Řecka má velikost 10 na 9 bitů, což v Saganově klasifikaci odpovídá civilizaci typu C.
Sagan odhadl informační obsah naší dnešní společnosti. Stanovil počet knih ve všech knihovnách světa (jsou jich desítky milionů) a počet stránek v každé z nich, a tím dospěl ke zhruba 10 na 13 bitům informace. Když k tomu přidáme fotografie, dostaneme se na 10 na 15 bitů. To z nás činí civilizaci typu H. Náš nevelký energetický a informační výstup nás tedy řadí mezi civilizace typu 0.7 H.
Sagan dále odhadl, že náš první kontakt s mimozemskou civilizací by nejspíš představoval setkání se společností, která by byla přinejmenším typu I.5 J či I.8 K, a to proto, že by již musela zvládnout problematiku mezihvězdných letů. Určitě by byla několik století až tisíciletí před námi. Galaktickou civilizaci typu III bychom mohli charakterizovat pomocí informačního obsahu celé planety vynásobeného počtem planet schopných nést život. Sagan odhadl, že takováto civilizace typu III by se řadila k informačního typu Q. A nesmírně pokročilá civilizace ovládající informační obsah miliardy galaxií – tedy značné části celého pozorovaného vesmíru – by se kvalifikovala jako civilizace typu Z.
Nejde tu jen o triviální akademické početní cvičení. Každá civilizace snažící se uniknout z chladnoucího vesmíru by nezbytně potřebovala spočítat, jaké podmínky panují na druhé straně světa. Je velmi obtížné řešit Einsteinovy rovnice, protože ke spočítání křivosti v každém bodě by bylo zapotřebí znát přesnou polohu všech objektů ve vesmíru, neboť každý přispívá k celkovému zakřivení. Také by bylo nutné uvážit kvantové korekce černých děr, což je v současné době prakticky nemožné. Dnešní počítače na to nestačí, a tak fyzikové obvykle skutečné černé díry aproximují jednoduchým modelem. K realističtějšímu studiu dynamických procesů pod horizontem černé díry anebo v ústí červí díry bychom nutně museli znát rozložení energie ve všech blízkých hvězdách. Pak bychom museli spočítat kvantové fluktuace. I to je dnes neřešitelný problém. Je těžké vyřešit rovnice popisující byť jedinou izolovanou hvězdu v prázdném vesmíru. Natož pak miliardu galaxií v rozpínajícím se vesmíru.
Má-li civilizace vůbec začít uvažovat o cestě skrz červí díru, musela by disponovat výpočetním výkonem, který o mnoho řádů přesahuje ten, jaký má naše civilizace typu 0.7 H. Snad až civilizace typu III Q by mohla na něco takového vážně pomýšlet.

***
tento text je úryvkem z knihy
Michio Kaku: Paralelní světy – putování vesmírem, vyššími dimenzemi a budoucností kosmu
Překlad Jiří Podolský, vázaná s přebalem, 352 stran, 8 ilustrací, 398 Kč, ISBN 80-7363-018-4
podrobnosti o knize

Anotace vydavatele
Známý fyzik a zkušený popularizátor vědy Michio Kaku vykresluje ve své nejnovější knize fascinující a pozoruhodný obraz vesmíru, jak jej předkládá moderní fyzika na počátku 21. století. Ukazuje, že žijeme ve zlaté éře kosmologie: astronomické observatoře a družice poskytují záplavu unikátních dat, zatímco teoretikové čím dál odvážněji spekulují o zrození našeho světa, existenci paralelních světů, cestování v čase i o konečném osudu vesmíru.

autor