A technological capability scale for civilizations from the Kardashev and Barrow scales

Para comprender qué tan lejos podría llegar una civilización, los científicos han observado durante mucho tiempo dos reglas distintas. Una mide cuánta energía puede captar y utilizar una sociedad, desde la potencia de una sola estrella hasta la producción total de una galaxia entera. La otra mide qué tan pequeño puede hacer una sociedad sus herramientas, desde la construcción de casas hasta la manipulación de átomos individuales. Durante décadas, estas dos formas de medir el progreso se han mantenido separadas. Una nos habla sobre el tamaño del tanque de combustible de una civilización, mientras que la otra nos habla sobre la precisión de su llave inglesa. Pero un nuevo estudio sugiere que, para comprender verdaderamente el potencial de la vida inteligente, debemos combinarlas en una escala única y unificada. Este nuevo enfoque plantea una pregunta simple y fundamental: ¿cuántas veces puede una civilización cambiar el estado de una sola pieza de materia en un segundo?

Los investigadores, que trabajan en instituciones que incluyen el Instituto Tecnológico de Massachusetts y el Instituto de Tecnología de California, proponen una nueva forma de clasificar a las civilizaciones basándose en su capacidad para realizar "operaciones de control". Una operación de control se define como tomar una pieza diminuta de materia —como un átomo o un interruptor— y forzarla a un estado específico, como encenderlo o apagarlo, independientemente de lo que estuviera haciendo antes. Este es el acto básico de escribir información o construir algo. El estudio sostiene que la verdadera medida del poder de una civilización no es solo cuánta energía tiene, sino qué tan eficientemente puede usar esa energía para realizar estos actos diminutos de control. Al contar cuántas de estas operaciones puede realizar una sociedad cada segundo, el autor crea un número único que captura tanto la escala de su energía como la precisión de su tecnología.

El estudio se basa en dos ideas famosas del pasado. La primera, conocida como la escala de Kardashev, clasifica a las civilizaciones por su consumo total de energía. Una civilización de Tipo I utiliza toda la energía que cae sobre su planeta de su estrella. Una de Tipo II controla la energía de su estrella completa, y una de Tipo III comanda la energía de toda su galaxia. La segunda idea es la escala de Barrow, que clasifica a las civilizaciones por lo más pequeño que pueden manipular. Una civilización en la cima de esta escala podría construir ciudades, mientras que una más abajo podría manipular genes, luego moléculas, luego átomos y, finalmente, los núcleos dentro de esos átomos. El nuevo artículo las unifica calculando cuántas veces puede una civilización reiniciar un bit de información por segundo, dada su energía total y la escala más pequeña que puede alcanzar.

Los investigadores descubrieron que, para cualquier civilización que irradia calor hacia el vacío frío del espacio, existe un límite físico estricto para qué tan eficientemente puede trabajar. Este límite está establecido por la temperatura del universo mismo, que actualmente es de aproximadamente 2.7 grados por encima del cero absoluto. Si una civilización intenta borrar información o establecer un bit de materia, debe descargar el calor en algún lugar. Si ese calor va al cielo actual, la civilización no puede ser más eficiente que un cierto nivel base. Esto significa que, para cualquier civilización que actualmente irradia calor al espacio, su capacidad total está limitada por su energía total. Cuanta más energía tenga, más operaciones podrá realizar, pero no puede romper el techo de eficiencia establecido por la temperatura del universo.

Cuando el autor aplicó esta escala a la humanidad, encontró que actualmente estamos en un nivel de 0.73 en la escala de energía, lo que significa que utilizamos aproximadamente la mitad de la energía de una civilización de Tipo I completa. Sin embargo, nuestra eficiencia aún está lejos del límite teórico. El estudio muestra que la mayor parte de nuestro progreso en la capacidad de cómputo durante el último siglo no ha venido de obtener más energía, sino de ser mucho mejores en el uso de la energía que tenemos. Desde 1950, la energía requerida para realizar una sola operación lógica ha disminuido en más de once órdenes de magnitud. Este enorme avance se debió en gran medida a que los dispositivos se hicieron más pequeños y eficientes, más que a la construcción de centrales eléctricas más grandes. El autor señala que, si bien hemos dominado la manipulación de átomos e incluso de núcleos en el laboratorio, nuestras máquinas cotidianas todavía desperdician una cantidad tremenda de energía en comparación con el mínimo absoluto requerido por las leyes de la física.

El artículo también analiza qué podría deparar el futuro último. Si una civilización pudiera aprovechar la máxima potencia permitida por las leyes de la física y descargar su calor residual en el sumidero más frío posible —un agujero negro cerca del borde del universo—, podría alcanzar un índice de capacidad de 7.58. Este es un límite teórico, un rincón del mapa que ninguna civilización ha alcanzado y que quizás nunca alcance. Representa una máquina que realiza operaciones a la velocidad de la luz con la máxima eficiencia energética posible. El estudio sugiere que, aunque actualmente estamos lejos de este límite, el camino a seguir es claro: debemos continuar reduciendo el tamaño de nuestros dispositivos y mejorando nuestra eficiencia, porque simplemente añadir más potencia no será suficiente para alcanzar los niveles más altos de capacidad.

Uno de los hallazgos más sorprendentes es que la escala del objeto que se manipula no cambia el costo energético fundamental de borrar un bit de información. Ya sea que estés accionando un interruptor en una máquina gigante o estableciendo el espín de un solo núcleo atómico, la energía mínima requerida es la misma si el estado inicial es aleatorio. Esto significa que pasar a escalas más pequeñas no hace automáticamente que una civilización sea más eficiente; solo permite un almacenamiento más denso y un procesamiento más rápido si el costo energético por operación también se reduce. El autor muestra que la humanidad ha estado mejorando en esto, pero todavía estamos lejos del punto en que nuestras máquinas operen al límite absoluto de eficiencia.

El estudio también aclara qué es posible y qué no lo es. Descarta la idea de que una civilización pueda realizar un número infinito de operaciones con una cantidad finita de energía. Existe un alto límite, dictado por la segunda ley de la termodinámica. Una vez que una civilización llega al punto en que opera con el costo energético mínimo permitido por la física, la única forma de hacer más trabajo es obtener más energía o encontrar un lugar más frío para descargar su calor. El autor sugiere que, en el futuro lejano, si el universo continúa expandiéndose y enfriándose, podrían abrirse nuevas oportunidades, pero por ahora, los límites están establecidos por la temperatura de la radiación de fondo de microondas.

Al final, esta nueva escala ofrece una forma de pensar en el futuro de la tecnología no solo como una carrera por más potencia, sino como un viaje hacia una mayor precisión. Sugiere que las civilizaciones más avanzadas del universo no son necesariamente aquellas con las estrellas más grandes, sino aquellas que han aprendido a hacer más con menos. Al combinar la medida de la energía con la medida de la eficiencia, los investigadores han proporcionado un nuevo mapa para entender dónde estamos y hacia dónde podríamos ir. El viaje desde nuestras máquinas actuales hasta la tecnología definitiva es largo, pero el camino es ahora más claro, definido por los objetivos duales de recolectar más energía y usarla con un cuidado perfecto.