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

एक सभ्यता कितनी दूर तक जा सकती है, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों ने लंबे समय से दो अलग-अलग मापदंडों को देखा है। एक यह मापता है कि एक समाज कितनी ऊर्जा प्राप्त और उपयोग कर सकता है, एक अकेले तारे की शक्ति से लेकर संपूर्ण आकाशगंगा के कुल उत्पादन तक। दूसरा यह मापता है कि एक समाज अपने उपकरणों को कितना छोटा बना सकता है, घर बनाने से लेकर व्यक्तिगत परमाणुओं के हेरफेर तक। दशकों तक, प्रगति को मापने के इन दो तरीकों को अलग रखा गया है। एक हमें सभ्यता के ईंधन टैंक के आकार के बारे में बताता है, जबकि दूसरा हमें उसके औजार की सटीकता के बारे में बताता है। लेकिन एक नया अध्ययन सुझाव देता है कि बुद्धिमान जीवन की क्षमता को वास्तव में समझने के लिए, हमें उन्हें एक एकल, एकीकृत पैमाने में संयोजित करना चाहिए। यह नया दृष्टिकोण एक सरल, मौलिक प्रश्न पूछता है: एक सभ्यता एक सेकंड में पदार्थ के एक टुकड़े की अवस्था को कितनी बार बदल सकती है?

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी सहित विभिन्न संस्थानों के शोधकर्ताओं ने, "नियंत्रण संचालन" (control operations) करने की क्षमता के आधार पर सभ्यताओं को रैंक करने का एक नया तरीका प्रस्तावित किया है। एक नियंत्रण संचालन को पदार्थ के एक छोटे टुकड़े—जैसे कि एक परमाणु या स्विच—को लेने और उसे एक विशिष्ट अवस्था में बदलने के रूप में परिभाषित किया गया है, जैसे कि उसे चालू या बंद करना, चाहे वह पहले से क्या कर रहा था। यह सूचना लिखने या कुछ बनाने का बुनियादी कार्य है। अध्ययन का तर्क है कि एक सभ्यता की वास्तविक शक्ति केवल इस बात में नहीं है कि उसके पास कितनी ऊर्जा है, बल्कि इसमें है कि वह इन सूक्ष्म नियंत्रण कार्यों को करने के लिए उस ऊर्जा का कितनी कुशलता से उपयोग कर सकती है। एक समाज प्रति सेकंड कितने ऐसे संचालन कर सकता है, इसकी गणना करके, लेखक एक एकल संख्या बनाता है जो इसकी ऊर्जा के पैमाने और इसकी तकनीक की सटीकता दोनों को समाहित करती है।

यह अध्ययन अतीत के दो प्रसिद्ध विचारों पर आधारित है। पहला, जिसे कार्दाशेव स्केल (Kardashev scale) के रूप में जाना जाता है, सभ्यताओं को उनके कुल ऊर्जा उपभोग द्वारा रैंक करता है। एक टाइप I सभ्यता अपने तारे से अपने ग्रह पर गिरने वाली पूरी ऊर्जा का उपयोग करती है। एक टाइप II अपने पूरे तारे की ऊर्जा को नियंत्रित करती है, और एक टाइप III अपनी पूरी आकाशगंगा की ऊर्जा पर अधिकार रखती है। दूसरा विचार, बैरो स्केल (Barrow scale) है, जो सभ्यताओं को उनके द्वारा हेरफेर किए जाने वाले सबसे छोटे स्तरों के आधार पर रैंक करता है। इस पैमाने के शीर्ष पर स्थित एक सभ्यता शहर बना सकती है, जबकि इसके और नीचे स्थित एक सभ्यता जीन, फिर अणुओं, फिर परमाणुओं और अंत में उन परमाणुओं के भीतर के नाभिकों (nuclei) का हेरफेर कर सकती है। नया शोध पत्र इन्हें कैसे एक सभ्यता प्रति सेकंड सूचना के एक बिट को रीसेट कर सकती है, इसकी गणना करके एकीकृत करता है, जो उसके कुल ऊर्जा और उसके द्वारा प्राप्त किए जा सकने वाले सबसे छोटे पैमाने पर निर्भर करता है।

शोधकर्ताओं ने पाया कि किसी भी सभ्यता के लिए, जो अंतरिक्ष की ठंडी शून्यता में ऊष्मा विकीर्ण (radiate) कर रही है, वह कितनी कुशलता से कार्य कर सकती है, इसकी एक कठोर भौतिक सीमा है। यह सीमा स्वयं ब्रह्मांड के तापमान द्वारा निर्धारित होती है, जो वर्तमान में परम शून्य (absolute zero) से 2.7 डिग्री ऊपर है। यदि कोई सभ्यता सूचना को मिटाने या पदार्थ के एक बिट को सेट करने का प्रयास करती है, तो उसे ऊष्मा कहीं न कहीं छोड़नी होगी। यदि वह ऊष्मा वर्तमान आकाश में जाती है, तो सभ्यता एक निश्चित आधार रेखा से अधिक कुशल नहीं हो सकती। इसका अर्थ यह है कि अंतरिक्ष में ऊष्मा विकी radiates करने वाली किसी भी सभ्यता के लिए, उसकी कुल क्षमता उसकी कुल ऊर्जा द्वारा सीमित है। उसके पास जितनी अधिक ऊर्जा होगी, वह उतने ही अधिक संचालन कर सकेगी, लेकिन वह ब्रह्मांड के तापमान द्वारा निर्धारित दक्षता की सीमा को नहीं तोड़ सकती।

जब लेखक ने इस पैमाने को मानवता पर लागू किया, तो उन्होंने पाया कि हम वर्तमान में ऊर्जा पैमाने पर 0.73 के स्तर पर हैं, जिसका अर्थ है कि हम एक पूर्ण टाइप I सभ्यता की आधी ऊर्जा का उपयोग करते हैं। हालांकि, हमारी दक्षता अभी भी सैद्धांतिक सीमा से बहुत दूर है। अध्ययन दिखाता है कि पिछले एक सदी में कंप्यूटिंग शक्ति में हमारी अधिकांश प्रगति अधिक ऊर्जा प्राप्त करने से नहीं, बल्कि हमारे पास मौजूद ऊर्जा का बेहतर उपयोग करने से आई है। 1950 के बाद से, एक एकल लॉजिक ऑपरेशन करने के लिए आवश्यक ऊर्जा में ग्यारह आदेशों (orders of magnitude) से अधिक की गिरावट आई है। यह बड़ी उपलब्धि मुख्य रूप से उपकरणों को छोटा और अधिक कुशल बनाने से आई है, न कि बड़े पावर प्लांट बनाने से। लेखक नोट करते हैं कि जबकि हमने प्रयोगशाला में परमाणुओं और यहाँ तक कि नाभिकों के हेरफेर में महारत हासिल कर ली है, हमारे रोजमर्रा के उपकरण भौतिकी के नियमों द्वारा आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा बर्बाद करते हैं।

यह शोध पत्र यह भी देखता है कि अंतिम भविष्य में क्या हो सकता है। यदि कोई सभ्यता भौतिकी द्वारा अनुमत अधिकतम शक्ति का उपयोग कर सके और अपनी अपशिष्ट ऊष्मा को ब्रह्मांड के किनारे पर स्थित एक ब्लैक होल जैसे सबसे ठंडे सिंक में छोड़ सके, तो वह 7.58 की क्षमता सूचकांक तक पहुँच सकती है। यह एक सैद्धांतिक सीमा है, एक ऐसा कोना जिसे किसी भी सभ्यता ने प्राप्त नहीं किया है और शायद कभी नहीं करेगी। यह एक ऐसी मशीन का प्रतिनिधित्व करता है जो प्रकाश की गति से संचालन करती है और अधिकतम संभव ऊर्जा दक्षता के साथ कार्य करती है। अध्ययन सुझाव देता है कि जबकि हम वर्तमान में इस सीमा से बहुत दूर हैं, आगे का रास्ता स्पष्ट है: हमें अपने उपकरणों को छोटा करना और अपनी दक्षता में सुधार करना जारी रखना होगा, क्योंकि केवल अधिक शक्ति जोड़ना उच्चतम स्तर की क्षमता तक पहुँचने के लिए पर्याप्त नहीं होगा।

सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में से एक यह है कि हेरफेर किए जाने वाले वस्तु का पैमाना सूचना के एक बिट को मिटाने की मौलिक ऊर्जा लागत को नहीं बदलता है। चाहे आप एक विशाल मशीन पर स्विच को उलट रहे हों या एक एकल परमाणु नाभिक के स्पिन को सेट कर रहे हों, आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा समान है यदि प्रारंभिक अवस्था यादृच्छिक (random) है। इसका अर्थ है कि सूक्ष्म स्तरों पर जाना अपने आप में सभ्यता को अधिक कुशल नहीं बनाता है; यह केवल तभी सघन भंडारण और तेज़ प्रसंस्करण की अनुमति देता है यदि प्रति ऑपरेशन ऊर्जा लागत भी कम हो जाए। लेखक बताते हैं कि मानवता इसमें बेहतर हो रही है, लेकिन हम अभी भी उस बिंदु से बहुत दूर हैं जहाँ हमारे उपकरण दक्षता की पूर्ण सीमा पर कार्य करते हैं।

अध्ययन यह भी स्पष्ट करता है कि क्या संभव है और क्या नहीं। यह इस विचार को खारिज करता है कि एक सभ्यता सीमित ऊर्जा के साथ अनंत संचालन कर सकती है। एक कठोर रोक है, जो ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम (second law of thermodynamics) द्वारा निर्धारित है। एक बार जब कोई सभ्यता उस बिंदु पर पहुँच जाती है जहाँ वह भौतिकी द्वारा अनुमत न्यूनतम ऊर्जा लागत पर कार्य कर रही होती है, तो अधिक कार्य करने का एकमात्र तरीका या तो अधिक ऊर्जा प्राप्त करना है या अपनी ऊष्मा को फेंकने के लिए कोई ठंडा स्थान खोजना है। लेखक सुझाव देते हैं कि भविष्य में, यदि ब्रह्मांड का विस्तार होता रहता है और यह ठंडा होता जाता है, तो नए अवसर खुल सकते हैं, लेकिन फिलहाल, सीमाएं कॉस्मिक बैकग्राउंड रेडिएशन के तापमान द्वारा निर्धारित हैं।

अंततः, यह नया पैमाना तकनीक के भविष्य को केवल अधिक शक्ति की दौड़ के रूप में नहीं, बल्कि अधिक सटीकता की यात्रा के रूप में देखने का एक तरीका प्रदान करता है। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड की सबसे उन्नत सभ्यताएँ अनिवार्य रूप से वे नहीं हैं जिनके पास सबसे बड़े तारे हैं, बल्कि वे हैं जिन्होंने कम से कम में सबसे अधिक करना सीख लिया है। ऊर्जा के माप को दक्षता के माप के साथ जोड़कर, शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए एक नया मानचित्र प्रदान किया है कि हम कहाँ खड़े हैं और हम कहाँ जा सकते हैं। हमारे वर्तमान मशीनों से अंतिम तकनीक तक की यात्रा लंबी है, लेकिन रास्ता अब स्पष्ट है, जो अधिक ऊर्जा एकत्र करने और उसका पूर्ण सावधानी से उपयोग करने के दोहरे लक्ष्यों द्वारा परिभाषित है।