우주 문명의 척도

(카르다쇼프 척도에서 넘어옴)

1 개요

문명의 단계에 대해서 세계적인 천문학자, 물리학자들이 세운 이론들을 정리한다. 그들이 연구한 학문이 학문이다보니 과거와 현재와 미래를 총체적으로 아우르며 우주구급 규모를 자랑한다. '타입 문명설'이라고도 한다.

어쨌든 실제 외계 문명을 발견하지 못한 아직까지는 가설에 불과하며, 실제로 외계 문명을 만난다면 다른 분류척도를 써야 할지도 모른다.

30초 쯤에 코일이 보이지만 넘어가자

잠만.. 왜 또 1분 50초에서 갑자기 뮤가 보이는 거지??
이 영상 제작자가 포덕인듯

2 카르다쇼프 척도

Kardashev scale

러시아의 천문학자 니콜라이 카르다쇼프가 1964년 고도로 발전된 문명의 기술 발전을 에너지 이용 정도에 따라 구분한 척도. 외계로부터 날아온 라디오파 신호를 분석하면서 처음으로 제안한 것이다.

Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ단계로 구분되며, 각 단계의 문명은 고유한 형태의 복사 에너지를 방출하고 있다. 따라서 어떤 외계 종족이 자신의 존재를 숨기고 싶어한다고 하더라도, 그들의 존재는 인간의 관측기구로 감지될 수 있다. 문명이 제 아무리 발달했다고 하더라도 열역학 제2법칙을 거스를 수는 없으므로, 지적 생명체가 사는 곳에서는 엔트로피가 열 에너지 행태로 반드시 방출되고 있어야 한다. 즉, 우주에서 문명의 존재를 완전히 감추는 것은 원리적으로 불가능하다는 전제를 깔고 만들어 나간 것이다. 다만 자신의 존재를 숨길 수는 없어도 관측이 불가능할 수는 있다. 여기엔 2가지 경우가 있을 수 있는데, 첫째는 가까운 외계문명의 기술 수준이 산업혁명 이전이라 엔트로피가 관측되지 않을 경우. 둘째는 뛰어난 문명 수준을 가지고 있으나 그런 수준에 도달한지 얼마 되지 않았을 경우다. 실제로 지구가 산업혁명을 일으킨지 고작 200년 밖에 되지 않았으며 이는 반대로 말하면 200광년보다 더 먼 곳에 자리잡은 외계 문명에겐 관측될 수 없다는 것을 의미한다. 말이 200년이지 유사 지구중 하나로 손 꼽히는 케플러 186F조차 500광년이나 떨어져 있다. 즉, 그곳의 외계 문명이 특이점이라도 도달해서 300년 만에 우주 식민지를 건설하기 시작했다고 해도[1] 지구 입장에선 500년 전의 미개한 케플러 186F가 보이기 때문에 관측이 불가능하다.

칼 세이건은 그의 저서 'Cosmic Connection: An Extraterrestrial Perspective'에서 현재의 문명수준을 정확하게 평가하기 위해, 문명의 단계를 좀 더 구체적으로 세분화할 것을 제안하였다. 세이건은 지수가 증가할 때마다 소수점 이하 자릿수를 하나씩 증가시켜서 문명의 단계를 세분화했다. 예를 들어, 에너지의 소모량이 100페타와트인 문명은 Ⅰ.1단계에 해당되고 1엑사와트를 소모하는 문명은 Ⅰ.2단계로 분류하는 식이다. 이렇게 따지면 현재의 문명은 0.7단계라고 할 수 있다.[2] 숫자만 보면 Ⅰ단계에 꽤 가까이 접근한 것 같지만, 이 정의에 의하면 에너지 소모량이 지금보다 1000배 많아져야Ⅰ단계 문명에 도달할 수 있다. 많은 과학자들은 21세기 말 혹은 22세기 초에 Ⅰ단계에 도달할 거라고 예측하고 있다.

2.1 Ⅰ - Ⅲ급 문명

각 단계의 문명은 바로 전 단계의 문명보다 100억 배나 많은 에너지를 사용할 수 있다. 이렇듯 각 단계들 사이에는 실로 천문학적인 차이가 존재한다.

  • 제Ⅰ유형 - 행성급으로 에너지를 이용하는 문명.
이들이 소모하는 에너지의 양은 정확하게 측정될 수 있다. 이들은 자신의 행성에 쏟아지는 에너지를 모두 활용할 수 있으며, 그 양은 약 10페타와트이다. 인류 문명의 경우 지구, 대략 1017 와트. 정확하게 말하면 현재(21세기 초반)의 화석 연료를 쓰는 지구 문명은 0.73 정도로 아직 Ⅰ단계에 다다르지 못했다고 한다. 로그 스케일상 약 600배 정도 에너지 사용량이 늘어나야 한다. 쉽게 구분하자면 태양계를 벗어나지 못하는 경우Ⅰ 이상 Ⅱ 미만 단계. 이 정도의 에너지를 활용할 수 있다면 핵융합과 반물질 기술[3]을 신 에너지원으로 사용하고, 가까운 위성과 행성에 기본적인 식민지를 개척하고, 날씨를 마음대로 제어할 수 있을 것이다.[4]
  • 제Ⅱ유형 - 항성급으로 에너지를 이용하는 문명
이들이 활용할 수 있는 에너지의 총량은 대략 100엑사와트 정도이다. 예컨대 인류 문명의 경우 태양, 대략 1026 와트. 현재 SETI의 기술 상 이 단계를 넘어서야 감지할 수 있다고 한다. 이 유형의 문명들은 태양계 밖으로 이미 진출했을테고, 어쩌면 워프나 초공간도약을 구사할 수 있을 것이다.[5] 행성 규모의 건축물을 만들 수 있으며, 본격적으로 II 유형의 기준에 부합되는 문명은 다이슨 스피어를 건설하여 항성에서 방출되는 모든 에너지를 활용하는 것이 가능하다. 대부분의 스페이스 오페라의 경우 Ⅰ과 Ⅱ 정도이다.
  • 제Ⅲ유형 - 은하급으로 에너지를 이용하는 문명
에너지를 끌어다 쓸 수 있는 별이 100억 개라면, 활용 가능한 에너지는 무려 1036 (=1간)와트나 된다. 이 에너지에서는 아인슈타인의 중력이론조차 적용되지 않으며, 시공간을 찢어 다른 지점이나 우주로 통하는 입구를 만들 수도 있다. 인류 문명의 경우 우리 은하, 대략 4(1037) 와트. 이들에게 별들은 건축자재밖에 되지 않을지도 모르며, 은하 중심부의 초거대질량 블랙홀이나 나선팔의 회전 등, 은하 전체에서 에너지를 얻는 게 가능한 문명이다.

2.2 Ⅳ급 이상 문명

이 유형들은 카르다쇼프가 발표한 원래 척도에는 없지만 후대에 와서 추가된 것으로, 미치오 카쿠 박사가 좀 더 체계화했다. 이쯤되면 이들의 기술은 우주 법칙에도 간섭이 가능하고 어쩌면 우주의 섭리와 구분짓는 것 자체와 불가능하기 때문에 관측 자체가 불가능할지도 모른다. 인간의 이해력을 아득히 초월한 코스믹 호러 수준의 문명.

  • 제Ⅳ 유형 - 가시우주급으로 에너지를 사용하는 문명.
제Ⅳ단계는 런던천문대에서 한 사내아이가 미치오 카쿠에게 Ⅳ단계 문명도 있어야 한다고 강력하게 주장해서 만들어진 개념이다. 그의 책 《평행우주》에서 나온 이야기. 이 단계의 문명은 우주의 68.3%를 이루는 암흑에너지까지 에너지원으로 사용하고 있을 것이다. 이들이 쓸 수 있는 에너지는 적어도 1045 와트로, 즉 우주 전체의 별과 은하를 모두 합한 것보다 훨씬 많은 에너지를 얻을 수 있다! 또 미치오는 그의 저서에 굇수 니콜라 테슬라가 진공에서 무한한 에너지를 얻을 수 있다고 주장했다는 사실을 소개하며, 암흑 에너지 개념과 일맥상통한다고 덧붙였다. 이쯤되면 인간의 이해력을 아득히 뛰어넘는 우주급의 초월적인 문명으로, 우주 법칙 자체에 간섭하며 바꿀 수 있으며, 우주의 섭리와 구분짓는것 자체와 불가능하기 때문에 관측 자체가 불가능할지도 모른다. 스토리텔링을 만들기 어렵기 때문에 가상의 매체에 나타나는 경우는 많아도 제대로 묘사되는 경우는 드물다.
  • 제Ⅴ 유형 - 다중우주급으로 에너지를 다루는 문명.
그 기술력은 다른 평행우주까지 지배하는 수준이며 빅 크런치 같은 우주 멸망이 와도 다른 우주로 벗어날 기술력을 보유하거나 아예 우주 멸망 자체를 막을 수 있고, 새로운 우주를 창조하는 것도 가능하다. 한술 더떠서 제Ⅵ 유형 정도면 무한 우주 전체를 지배한다고 봐야겠다. 실제로 (각기 다른 특유의 방식으로) 하나의 우주를 넘어 무한 우주 전체를 장악한 문명이 타 우주에 미치는 영향에 관해 다룬 SF작품들이 존재한다. 이 경우들부터는 너무나도 먼치킨적이고 어마어마한 단계라서 필적으로서도 묘사하기 힘든 수준이다. 이쯤되면 그냥 전지전능한 신. 일반적으로 종교나 신화에서 말하는 창조주에 해당하는 레벨이라고 생각하면 된다. 《최후의 질문》의 AC가 이것에 해당한다. 또 이 유형에 관한 이론이 있는데, 자세한 설명은 오메가 포인트 항목 참조.

3 A~Z형

칼 세이건은 위와 동일한 저서에서 문명의 수준을 정보의 양으로 가늠하는 새로운 방법을 고안하였다. 예를 들어, A형 문명은 100만 비트에 해당하는 정보를 소유한 문명으로, 문자 없이 언어만으로 의사소통을 하던 원시문명이 여기에 속한다. 그 후, 문자가 발명되면서 원시사회의 정보량은 폭발적으로 증가하기 시작했다.

MIT의 물리학자 필립 모리슨은 고대 그리스에서 출간된 책을 모두 합하면 10억 비트가 된다고 평가했는데, 이는 세이건의 분류법에 의하면 C형 문명에 속한다.

세이건은 전 세계의 도서관에 보관되어 있는 책의 수(수억 권)에 평균 페이지 수를 곱하고, 거기에 한 페이지당 평균 글자 수를 곱해 현대문명의 정보량이 대략 10조 비트라는 결론을 내렸다. 여기에 사진과 그림 등 영상정보까지 합하면 1000조 비트까지 증가하며, 이것은 H형 문명에 해당되는 양이다. 따라서 지구의 문명은 1973년 당시 0.7H단계에 와 있다고 말할 수 있다. 세이건은 이것이 매년 두배 이상씩 늘어난다고 예측했다.[6] 40여 년이 지난 2011년 당시 측정으로는 그 정보량이 2007년의 저장능력과 동일한 295 엑사바이트(Exabyte, EB) = 2950억 기가바이트(GB)라고 한다.# 비트로 변환하면 약 23해비트. 2010년 기준 현재의 문명은 대략 0.7L이다.

세이건은 지구의 문명이 Ⅰ.5J~Ⅰ.8K단계에 이르렀을 때 비로소 외계문명과 접촉할 수 있을 것으로 추정하였다. 정보량의 증가를 과소평가했거나 외계 문명의 존재 가능성을 너무 희망적으로 본 모양이다. 또한 하나의 은하를 완전히 지배하는 문명을 ⅢQ단계, 그리고 수천 억 개의 은하를 모두 지배하는 문명을 ⅢZ단계로 추정하였다.

4 미소차원적인 척도

존 데이비드 바로우는 거꾸로 미소차원 즉, 작은 세계를 얼마나 조종할 수 있나로 분류하였다.

1. 마이너스 제 I 유형 - 한 생명체의 몸으로 쉽게 할 수 있는 개체들을 조종할 수 있다.

2. 마이너스 제 II 유형 - 유전자 코드를 변형하는 등을 할 수 있다. 유전자가위

3. 마이너스 제 III 유형 - 분자와 분자를 결합하여 새로운 분자를 만들 수 있다. 화학실험에서 매번 하는것

4. 마이너스 제 IV 유형 - 나노 기술을 활용해 개별 원자를 결합시켜 분자를 만들 수 있다.

5. 마이너스 제 V 유형 - 원자핵을 이루는 양성자와 중성자의 수를 변형시키거나, 혹은 다른 소립자를 넣어 새로운 원자를 만들 수 있다. 입자가속기

6. 마이너스 제 VI 유형 - 쿼크와 렙톤급의 입자를 조작하여 새로운 소립자를 만든다. 이것도 입자가속기

7. 마이너스 오메가 유형 - 시공간의 구조를 조작한다. 이는 우리 차원은 미시 세계에 말려 있기 때문이다.

현재 인류는 V~VI유형이다.

5 공간적인 척도

로버트 주브린은 차지하고 있는 공간이 얼마나 되는지를 기준으로 잡고 척도를 만들었다.

1. 제 I 유형 - 한 행성과 그 주변 지역을 영역으로 삼고 있는 유형. 현대 인류는 이 유형에 속한다. 그러나 완전히 자신의 영역으로 삼지는 못했기에 약간 애매한 상황이다.

2. 제 II 유형 - 한 행성계를 중심으로 해 여러 행성계를 영역으로 삼고 있는 유형. 대다수 SF 창작물들 중에서 몇 개의 행성을 지배하는 세력이 이 유형에 속한다.

3. 제 III 유형 - 은하를 영역으로 삼고 있는 유형. SF 창작물들 중에서 먼치킨에 속하는 몇몇 세력들은 이 유형에 속하기도 한다. 인류가 이 유형일 경우에는 우리 은하를 자신들의 영역으로 삼고 있다.


4. 제 IV 유형 - 다수의 은하나 은하단 전체를 영역으로 삼고 있는 유형. 제 III 유형과 마찬가지로 이런 유형의 세력들은 먼치킨 수준이다.

5. 제 V 유형 - 하나의 우주 전체를 영역으로 삼는 유형이며, 이런 유형은 넘사벽으로 높기에, 이런 유형을 지닌 종족이 나타나는 SF 창작물은 거의 없을 정도로 작은 편에 속한다.

6. 제 VI 유형 - 다른 우주에 진출하여 다중우주를 영역으로 삼고 있는 유형. V 유형보다 적은 편이며, 간혹 다중우주를 무대로 삼는 작품들 중에서 심심치 않게 있다는 떡밥으로 나타나지만 진짜로 등장하는 것은 드문 편이다.

7. 오메가 유형 - 전 우주를 영역으로 삼는 유형. 이 척도에서 세계관 최강자에 속하며, 일단 작품에서 등장했다면 데우스 엑스 마키나 혹은 코즈믹 호러의 끝판왕으로 등장한다.

6 픽션에서의 예시

이런 분류에 따라 SF, 스페이스 오페라 등에 등장하는 가상의 국가를 이런식으로 분류해 볼 수 있다. 사실 이런 픽션에서의 우주 문명들을 완전히 객관적으로 비교하는것 자체가 좀 애매하니 주의. 자세한 설명은 우주 문명의 척도/가상의 예시를 참조.

7 기타

겁스의 테크 레벨은 이 개념은 참고하지 않은 것 같다(겁스의 테크 레벨은 기술사학적 특이점과, 인간과 환경의 상호작용의 수준을 중심개념으로 하고 있다). 실제로 겁스 Ultra-Tech에선 TL이 얼마나 빨리 발전하는지에 따라, 만렙인 TL12를 찍고도 목성까지만 진출할 수도 있고, TL10(일반적인 SF TL)에서도 우주제국을 세울 수 있다고 말하고 있다

먼 미래에 VI 유형 이상의 문명이 등장할 거란 주장도 있는데 물리학자 프랭크 티플러 등이 주장하는 오메가 포인트 이론의 전지전능 컴퓨터나 철학자 닉 보스트롬이 주장하는 '시물레이션 논쟁'에 등장하는 슈퍼 컴퓨터는 저 최종 유형을 넘어선다.

저서 《평행우주》로 대중에게 평행우주론을 비교적 간단하게 해설한 것으로 유명한 물리학자 미치오 카쿠는 또 다른 저서 《불가능은 없다》에서 21세기 말 혹은 22세기 초면 충분히 인류 문명은 I단계 문명이 될 수 있을 것이라고 보았다. 또 1부. 100~200년 안으로 가능할 일, 2부. 수백만 년 안으로 가능할 일, 3부. 현재의 물리학법칙에 위배되는 것, 이렇게 세 가지로 나누어서 온갖 SF적 소재를 다루었는데, 대부분은 1부 아니면 2부에 넣는 패기를 보여주었다(...). 그가 3부에 넣어서 불가능하거나, 아니면 정말 우주적으로 엄청난 물리학적 패러다임의 변화가 있을 경우에만 가능하다고 꼽은 것은 단 두가지이다. 하나는 열역학 법칙을 극복하는 영구기관, 다른 하나는 인과율의 모순을 뛰어넘는 예지력. 그냥 시간여행과는 다르다. 시간 여행은 2부에 넣고 있다.(...)

덧붙여 미치오는 《불가능은 없다》의 후속작으로 《미래의 물리학》이라는 좀 더 대중적으로, 21세기 이내로 어떤 것이 가능할까에 대해서 예견한 책도 냈으니 관심이 있으면 찾아보자. 역시 책 두께는 전혀 대중적이지 않다. 책 서문에서부터 '전에 쓴 책에서 생각한 것보다 훨씬 빨리 과학이 발전해서 대대적으로 수정할 수 밖에 없었다'고 밝히고 있다.

8 관련 문서

  1. ↑ 실제로 과학계는 특이점을 부정하지 않고 늦어도 22세기가 가기전에 특이점에 도달할 것이라고 보고 있으며 다만 커즈와일이 아주 빨리 올거라 주장하는 것일 뿐이지 오는 것은 확실시되고 있다. 특이점이 오면 기술 수준이 거의 수직으로 발달하게 된다.
  2. ↑ 정확히는 1973년 칼 세이건이 책을 쓰던 시기에는 0.69이고 지금은 0.73라고 한다. # 영문위백
  3. ↑ 반물질을 적은 사람은 여기에 그 이유를 서술할 것. 핵융합과 물질-반물질의 에너지 계산하는 수식은 기본적으로 같고, 반물질을 만드는데 핵분열보다 더 많은 비용이 든다. 비용이 저렴한 핵융합이면 이야기는 다르다.
  4. ↑ 부분적으로 이런 것들이 이루어지고 시도되고는 있다. 예를 들자면 인공 강우라든지(이 경우 허리케인이나 태풍등 열대성 저기압에 시도하는 방안이 연구중), 일본의 간사이 국제공항 같은 인공섬 등. 이런 기술들이 다듬어지고 실용화되면 그제서야 완벽한 1단계 문명이 되는 것이다.
  5. ↑ 애시당초 위 기술이 없으면 다른 성계로 진출할 수도 없고, 설령 하더라도 너무나 속도가 느리다.
  6. ↑ 이 이야기는 10년마다 2단계씩 오른다는 이야기가 된다. 실제로 그 정도로 증가한 건 아니었고 10년마다 1단계 정도씩 증가했다.