A technological capability scale for civilizations from the Kardashev and Barrow scales
تقترح هذه الورقة مقياساً موحداً للقدرة التكنولوجية، يُعرَّف بأنه مجموع مؤشر كارداسيف للطاقة ومؤشر بارو للكفاءة، والذي يصنف الحضارات بناءً على عمليات التحكم في الثانية الواحدة ويمتد من القدرات البشرية الحالية إلى تكنولوجيا نهائية نظرية قادرة على تبديد أقصى طاقة ممكنة في ثقب أسود في فضاء دي سيتر.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
لفهم المدى الذي قد تصل إليه حضارة ما، نظر العلماء لفترة طويلة إلى مقياسين مختلفين. أحدهما يقيس مقدار الطاقة التي يمكن لمجتمع ما امتلاكها واستخدامها، بدءاً من طاقة نجم واحد وصولاً إلى إجمالي نتاج مجرة بأكملها. والآخر يقيس مدى صغر الأدوات التي يمكن للمجتمع صنعها، من بناء المنازل إلى التحكم في الذرات الفردية. لعقود من الزمن، ظلت هاتان الطريقتان لقياس التقدم منفصلتين؛ فأحدهما يخبرنا عن حجم خزان الوقود الخاص بالحضارة، بينما يخبرنا الآخر عن دقة مفك البراغي الخاص بها. لكن دراسة جديدة تقترح أنه لكي نفهم حقاً إمكانات الحياة الذكية، يجب علينا دمجهما في مقيس واحد موحد. يطرح هذا النهذا الجديد سؤالاً بسيطاً وجوهرياً: كم مرة يمكن لحضارة ما أن تغير حالة قطعة واحدة من المادة في ثانية واحدة؟
يقترح الباحثون، الذين يعملون من مؤسسات تشمل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، طريقة جديدة لتصنيف الحضارات بناءً على قدرتها على إجراء "عمليات التحكم". تُعرف عملية التحكم بأنها أخذ قطعة صغيرة من المادة — مثل ذرة أو مفتاح — وإجبارها على اتخاذ حالة محددة، مثل التشغيل أو الإيقاف، بغض النظر عما كانت تفعله من قبل. هذا هو الفعل الأساسي لكتابة المعلومات أو بناء شيء ما. وتجادل الدراسة بأن المقياس الحقيقي لقوة الحضارة ليس فقط مقدار الطاقة التي تمتلكها، بل مدى كفاءتها في استخدام تلك الطاقة لأداء هذه الأعمال الصغيرة من التحكم. ومن خلال عدّ عدد هذه العمليات التي يمكن للمجتمع القيام بها كل ثانية، يبتكر المؤلف رقماً واحداً يلتقط كلاً من حجم طاقته ودقة تقنيته.
تعتمد الدراسة على فكرتين شهيرتين من الماضي. الأولى، المعروفة بمقياس كارداشيف، تصنف الحضارات حسب استهلاكها الإجمالي للطاقة. الحضارة من النوع الأول تستخدم كل الطاقة التي تسقط على كوكبها من نجمها. والنوع الثاني يتحكم في طاقة نجمه بالكامل، أما النوع الثالث فيسيطر على طاقة مجرته بأكملها. أما الفكرة الثانية فهي مقياس بارو، الذي يصنف الحضارات حسب أصغر الأشياء التي يمكنها التحكم فيها. فالحضارة في أعلى هذا المقياس قد تبني مدناً، بينما قد تتحكم حضارة أخرى في الجينات، ثم الجزيئات، ثم الذرات، وأخيراً النوى داخل تلك الذرات. وتقوم الورقة الجديدة بتوحيد هذين المفهومين عبر حساب عدد المرات التي يمكن للحضارة فيها إعادة ضبط (reset) بتّ من المعلومات في الثانية، بالنظر إلى إجمالي طاقتها وأصغر مقياس يمكنها الوصول إليه.
وجد الباحثون أنه بالنسبة لأي حضارة تشع حرارة في الفراغ البارد للفضاء، هناك حد فيزيائي صارم لمدى كفاءة عملها. هذا الحد تحدده درجة حرارة الكون نفسه، والتي تبلغ حالياً حوالي 2.7 درجة فوق الصفر المطلق. إذا حاولت حضارة ما مسح معلومات أو ضبط بت من المادة، فيجب عليها تصريف الحرارة في مكان ما. وإذا ذهبت هذه الحرارة إلى السماء الحالية، فلا يمكن للحضارة أن تكون أكثر كفاءة من خط أساس معين. وهذا يعني أنه بالنسبة لأي حضارة تشع حالياً حرارة في الفضاء، فإن قدرتها الإجمالية مقيدة بإجمالي طاقتها. فكلما زادت الطاقة التي تمتلكها، زاد عدد العمليات التي يمكنها القيام بها، لكنها لا تستطيع كسر سقف الكفاءة الذي تحدده درجة حرارة الكون.
عندما طبق المؤلف هذا المقياس على البشرية، وجد أننا حالياً عند مستوى 0.73 على مقياس الطاقة، مما يعني أننا نستخدم حوالي نصف طاقة حضارة من النوع الأول. ومع ذلك، فإن كفاءتنا لا تزال بعيدة عن الحد النظري. تظهر الدراسة أن معظم تقدمنا في القدرة الحوسبية خلال القرن الماضي لم يأتِ من الحصول على مزيد من الطاقة، بل من التحسن الكبير في كيفية استخدام الطاقة التي نمتلكها. فمنذ عام 1950، انخفضت الطاقة المطلوبة لإجراء عملية منطقية واحدة بأكثر من أحد عشر رتبة مقدارية. جاء هذا المكسب الهائل إلى حد كبير من تصغير الأجهزة وجعلها أكثر كفاءة، بدلاً من بناء محطات طاقة أكبر. ويشير المؤلف إلى أنه بينما أتقنا التحكم في الذرات وحتى النوى في المختبر، فإن آلاتنا اليومية لا تزال تهدر كمية هائلة من الطاقة مقارنة بالحد الأدنى المطلوب بموجب قوانين الفيزياء.
كما تتناول الورقة ما قد يحمله المستقبل البعيد. إذا تمكنت حضارة من تسخير أقصى قوة مسموح بها فيزيائياً وتصريف حرارتها المهدرة في أبرد مستودع ممكن — ثقب أسود بالقرب من حافة الكون — فقد تصل إلى مؤشر قدرة يبلغ 7.58. هذا حد نظري، وهو ركن في الخريطة لم تصل إليه أي حضارة وربداً لن تصل إليه أبداً. إنه يمثل آلة تؤدي العمليات بسرعة الضوء مع أقصى كفاءة طاقة ممكنة. وتشير الدراسة إلى أنه بينما نحن بعيدون حالياً عن هذا الحد، فإن الطريق أمامنا واضح: يجب أن نستمر في تصغير أجهزتنا وتحسين كفاءتنا، لأن مجرد إضافة المزيد من الطاقة لن يكون كافياً للوصول إلى المستويات العليا من القدرة.
أحد النتائج الأكثر لفتاً للنظر هو أن مقياس الشيء الذي يتم التحكم فيه لا يغير التكلفة الطاقية الأساسية لمسح بت من المعلومات. سواء كنت تقلب مفتاحاً في آلة ضخمة أو تضبط دوران نواة ذرية واحدة، فإن الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة هو نفسه إذا كانت الحالة الأولية عشوائية. وهذا يعني أن الانتقال إلى مقاييس أصغر لا يجعل الحضارة أكثر كفاءة تلقائياً؛ بل يسمح فقط بتخزين أكثر كثافة ومعالجة أسرع إذا تم تقليل تكلفة الطاقة لكل عملية أيضاً. ويظهر المؤلف أن البشرية أصبحت أفضل في هذا الأمر، لكننا لا نزال بعيدين عن النقطة التي تعمل فيها آلاتنا عند الحد المطلق للكفاءة.
توضح الورقة أيضاً ما هو ممكن وما هو غير ممكن. فهي تنفي فكرة إمكانية قيام حضارة بعدد لا نهائي من العمليات باستخدام كمية محدودة من الطاقة. هناك توقف قسري، تمليه القوانين الثانية للديناميكا الحرارية. بمجرد وصول الحضارة إلى النقطة التي تعمل فيها عند الحد الأدنى لتكلفة الطاقة المسموح بها فيزيائياً، فإن السبيل الوحيد للقيام بمزيد من العمل هو الحصول على مزيد من الطاقة أو إيجاد مكان أبرد لتصريف حرارتها. ويقترح المؤلف أنه في المستقبل البعيد، إذا استمر الكون في التوسع والبرود، فقد تفتح فرص جديدة، ولكن في الوقت الحالي، الحدود موضوعة بواسطة درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية.
في النهاية، يقدم هذا المقياس الجديد طريقة للتفكير في مستقبل التكنولوجيا ليس فقط كسباق نحو المزيد من القوة، بل كرحلة نحو دقة أكبر. إنه يشير إلى أن الحضارات الأكثر تقدماً في الكون ليست بالضرورة هي التي تمتلك أكبر النجوم، بل هي التي تعلمت كيف تفعل الكثير بأقل قدر ممكن. ومن خلال الجمع بين مقياس الطاقة ومقياس الكفاءة، قدم الباحثون خريطة جديدة لفهم أين نقف وإلى أين يمكننا الذهاب. إن الرحلة من آلاتنا الحالية إلى التكنولوجيا القصوى هي رحلة طويلة، لكن المسار أصبح الآن أكثر وضوحاً، حيث يتحدد بالهدفين المزدوجين المتمثلين في جمع المزيد من الطاقة واستخدامها بعناية فائقة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.