O falecido Carl Sagan certa vez fez esta pergunta: “O que significa para uma civilização ter um milhão de anos”?
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| Imagem: OliverInk/DeviantArt |
Temos radiotelescópios e espaçonaves há algumas décadas; nossa civilização técnica tem algumas centenas de anos… uma civilização avançada com milhões de anos está tão além de nós quanto estamos além de um bebê do mato ou de um macaco.”
Embora qualquer conjectura sobre essas civilizações avançadas seja uma questão de pura especulação, ainda é possível usar as leis da física para estabelecer limites superiores e inferiores para essas civilizações. Em particular, agora que as leis da teoria quântica de campos, relatividade geral, termodinâmica, etc. estão razoavelmente bem estabelecidas, a física pode impor limites físicos amplos que restringem os parâmetros dessas civilizações.
Esta questão não é mais uma questão de especulação ociosa. Em breve, a humanidade pode enfrentar um choque existencial à medida que a lista atual de uma dúzia de planetas extra-solares do tamanho de Júpiter aumenta para centenas de planetas do tamanho da Terra, gêmeos quase idênticos de nossa pátria celestial. Isso pode inaugurar uma nova era em nosso relacionamento com o universo: nunca mais veremos o céu noturno da mesma maneira, percebendo que os cientistas podem eventualmente compilar uma enciclopédia identificando as coordenadas precisas de talvez centenas de planetas semelhantes à Terra. .
Hoje, a cada poucas semanas, chega a notícia de um novo planeta extra-solar do tamanho de Júpiter sendo descoberto, o último estando a cerca de 15 anos-luz de distância orbitando a estrela Gliese 876. A mais espetacular dessas descobertas foi fotografada pelo Telescópio Espacial Hubble, que capturou fotos de tirar o fôlego de um planeta a 450 anos-luz de distância sendo lançado no espaço por um sistema de estrela dupla.
Mas o melhor ainda está por vir. No início da próxima década, os cientistas lançarão um novo tipo de telescópio, o telescópio espacial interferome try, que usa a interferência de feixes de luz para aumentar o poder de resolução dos telescópios.
Por exemplo, a Missão de Interferometria Espacial (SIM), a ser lançada no início da próxima década, consiste em vários telescópios colocados ao longo de uma estrutura de 30 pés. Com uma resolução inédita que se aproxima dos limites físicos da ótica, o SIM é tão sensível que quase desafia a crença: orbitando a Terra, ele pode detectar o movimento de uma lanterna sendo acenada por um astronauta em Marte!
O SIM, por sua vez, abrirá caminho para o Terrestrial Planet Finder, a ser lançado no final da próxima década, que deve identificar ainda mais planetas parecidos com a Terra. Ele examinará as 1.000 estrelas mais brilhantes dentro de 50 anos-luz da Terra e se concentrará nos 50 a 100 sistemas planetários mais brilhantes.
Tudo isso, por sua vez, estimulará um esforço ativo para determinar se algum deles abriga vida, talvez alguns com civilizações mais avançadas que a nossa.
Embora seja impossível prever as características precisas de tais civilizações avançadas, suas linhas gerais podem ser analisadas usando as leis da física. Não importa quantos milhões de anos nos separem deles, eles ainda devem obedecer às leis de ferro da física, que agora são avançadas o suficiente para explicar tudo, desde partículas subatômicas até a estrutura em larga escala do universo, através de impressionantes 43 ordens. de magnitude.
Física das Civilizações Tipo I, II e III
Especificamente, podemos classificar as civilizações por seu consumo de energia, usando os seguintes princípios:
1) As leis da termodinâmica. Mesmo uma civilização avançada está sujeita às leis da termodinâmica, especialmente a Segunda Lei, e pode, portanto, ser classificada pela energia à sua disposição.
2) As leis da matéria estável. A matéria bariônica (por exemplo, baseada em prótons e nêutrons) tende a se agrupar em três grandes grupos: planetas, estrelas e galáxias. (Este é um produto bem definido da evolução estelar e galáctica, fusão termonuclear, etc.) Assim, sua energia também será baseada em três tipos distintos, e isso coloca limites superiores em sua taxa de consumo de energia.
3) As leis da evolução planetária. Qualquer civilização avançada deve crescer em consumo de energia mais rápido do que a frequência de catástrofes que ameaçam a vida (por exemplo, impactos de meteoros, eras glaciais, supernovas, etc.). Se crescerem mais devagar, estão fadados à extinção. Isso coloca limites matemáticos inferiores na taxa de crescimento dessas civilizações.
Em um artigo seminal publicado em 1964 no Journal of Soviet Astronomy, o astrofísico russo Nicolai Kardashev teorizou que as civilizações avançadas devem, portanto, ser agrupadas de acordo com três tipos: Tipo I, II e III, que dominaram as formas de energia planetária, estelar e galáctica. , respectivamente. Ele calculou que o consumo de energia desses três tipos de civilização seria separado por um fator de muitos bilhões. Mas quanto tempo levará para atingir o status de Tipo II e III?
Mais curto do que a maioria imagina
O astrônomo de Berkeley, Don Goldsmith, nos lembra que a Terra recebe cerca de um bilionésimo da energia do sol e que os humanos utilizam cerca de um milionésimo disso. Portanto, consumimos cerca de um milhão de bilionésimos da energia total do sol. Atualmente, toda a nossa produção de energia planetária é de cerca de 10 bilhões de bilhões de ergs por segundo. Mas nosso crescimento de energia está aumentando exponencialmente e, portanto, podemos calcular quanto tempo levará para subir ao status de Tipo II ou III.
Goldsmith diz: “Veja o quão longe avançamos em usos de energia, uma vez que descobrimos como manipular a energia, como fazer com que os combustíveis fósseis realmente funcionem e como criar energia elétrica a partir da energia hidrelétrica e assim por diante; nós aumentamos o uso de energia em uma quantidade notável em apenas alguns séculos, em comparação com bilhões de anos em que nosso planeta está aqui … e esse mesmo tipo de coisa pode se aplicar a outras civilizações.
O físico Freeman Dyson, do Institute for Advanced Study, estima que, dentro de 200 anos ou mais, devemos atingir o status de Tipo I. Na verdade, crescendo a uma taxa modesta de 1% ao ano, Kardashev estimou que levaria apenas 3.200 anos para atingir o status de Tipo II e 5.800 anos para atingir o status de Tipo III. Vivendo em uma civilização Tipo I, II ou III
Por exemplo, uma civilização do Tipo I é verdadeiramente planetária, que domina a maioria das formas de energia planetária. Sua produção de energia pode ser da ordem de milhares a milhões de vezes nossa atual produção planetária. Mark Twain disse uma vez: “Todo mundo reclama do clima, mas ninguém faz nada a respeito”. Isso pode mudar com uma civilização Tipo I, que tem energia suficiente para modificar o clima. Eles também têm energia suficiente para alterar o curso de terremotos, vulcões e construir cidades em seus oceanos.
Atualmente, nossa produção de energia nos qualifica para o status Tipo 0. Derivamos nossa energia não do aproveitamento das forças globais, mas da queima de plantas mortas (por exemplo, petróleo e carvão). Mas já podemos ver as sementes de uma civilização Tipo I. Vemos o início de uma linguagem planetária (inglês), um sistema de comunicação planetário (a Internet), uma economia planetária (a formação da União Européia) e até mesmo o início de uma cultura planetária (via mídia de massa, TV, música rock e filmes de Hollywood).
Por definição, uma civilização avançada deve crescer mais rápido do que a frequência de catástrofes que ameaçam a vida. Como grandes impactos de meteoros e cometas ocorrem uma vez a cada poucos milhares de anos, uma civilização Tipo I deve dominar as viagens espaciais para desviar os detritos espaciais dentro desse período de tempo, o que não deve ser um grande problema.
As eras glaciais podem ocorrer em uma escala de tempo de dezenas de milhares de anos, então uma civilização Tipo I deve aprender a modificar o clima dentro desse período de tempo.
Catástrofes artificiais e internas também devem ser negociadas. Mas o problema da poluição global é apenas uma ameaça mortal para uma civilização do Tipo 0; uma civilização do Tipo I viveu por vários milênios como uma civilização planetária, necessariamente alcançando o equilíbrio ecológico planetário. Problemas internos como guerras representam uma séria ameaça recorrente, mas eles têm milhares de anos para resolver conflitos raciais, nacionais e sectários.
Eventualmente, depois de vários milhares de anos, uma civilização do Tipo I esgotará o poder de um planeta e obterá sua energia consumindo toda a produção de energia do sol, ou aproximadamente um bilhão de trilhão de trilhão de ergs por segundo.
Com sua produção de energia comparável à de uma pequena estrela, eles devem ser visíveis do espaço. Dyson propôs que uma civilização Tipo II pode até construir uma esfera gigantesca em torno de sua estrela para utilizar com mais eficiência sua produção total de energia. Mesmo que tentem esconder sua existência, devem, pela Segunda Lei da Termodinâmica, emitir calor residual. Do espaço sideral, seu planeta pode brilhar como um enfeite de árvore de Natal. Dyson até propôs procurar especificamente por emissões infravermelhas (em vez de rádio e TV) para identificar essas civilizações do Tipo II.
Talvez a única ameaça séria para uma civilização Tipo II seja uma explosão de supernova próxima, cuja erupção repentina poderia queimar seu planeta em uma explosão de raios-X, matando todas as formas de vida. Assim, talvez a civilização mais interessante seja uma civilização do Tipo III, pois é verdadeiramente imortal. Eles esgotaram o poder de uma única estrela e alcançaram outros sistemas estelares. Nenhuma catástrofe natural conhecida pela ciência é capaz de destruir uma civilização do Tipo III.
Diante de uma supernova vizinha, ele teria várias alternativas, como alterar a evolução da estrela gigante vermelha moribunda que está prestes a explodir ou deixar esse sistema estelar específico e terraformar um sistema planetário próximo.
No entanto, existem obstáculos para uma civilização emergente do Tipo III. Eventualmente, ele esbarra em outra lei de ferro da física, a teoria da relatividade. Dyson estima que isso pode atrasar a transição para uma civilização do Tipo III em talvez milhões de anos.
Mas mesmo com a barreira da luz, existem várias maneiras de expandir em velocidades próximas à da luz. Por exemplo, a medida final da capacidade de um foguete é medida por algo chamado “impulso específico” (definido como o produto do impulso e da duração, medido em unidades de segundos). Foguetes químicos podem atingir impulsos específicos de várias centenas a vários milhares de segundos. Motores de íons podem atingir impulsos específicos de dezenas de milhares de segundos. Mas, para atingir a velocidade próxima à da luz, é preciso atingir um impulso específico de cerca de 30 milhões de segundos, o que está muito além de nossa capacidade atual, mas não de uma civilização do Tipo III. Uma variedade de sistemas de propulsão estaria disponível para sondas de velocidade abaixo da luz (como motores de fusão a jato de carneiro, motores fotônicos, etc.)
Como Explorar a Galáxia
Como as distâncias entre as estrelas são tão vastas e o número de sistemas solares inadequados e sem vida tão grande, uma civilização do Tipo III enfrentaria a próxima pergunta: qual é a maneira matematicamente mais eficiente de explorar as centenas de bilhões de estrelas na galáxia?
Na ficção científica, a busca por mundos habitáveis foi imortalizada na TV por capitães heróicos comandando corajosamente uma nave estelar solitária, ou como o assassino Borg, uma civilização Tipo III que absorve a civilização inferior Tipo II (como a Federação).
No entanto, o método matematicamente mais eficiente para explorar o espaço é muito menos glamoroso: enviar frotas de “sondas Von Neumann” por toda a galáxia (em homenagem a John Von Neumann, que estabeleceu as leis matemáticas dos sistemas auto-replicantes).
Uma sonda Von Neumann é um robô projetado para alcançar sistemas estelares distantes e criar fábricas que reproduzirão cópias aos milhares. Uma lua morta em vez de um planeta torna o destino ideal para as sondas Von Neumann, uma vez que podem pousar e decolar facilmente dessas luas, e também porque essas luas não têm erosão. Essas sondas viveriam da terra, usando depósitos naturais de ferro, níquel etc. para criar os ingredientes brutos para construir uma fábrica de robôs. Eles criariam milhares de cópias de si mesmos, que então se espalhariam e procurariam outros sistemas estelares.
Semelhante a um vírus colonizando um corpo muitas vezes maior, eventualmente haveria uma esfera de trilhões de sondas Von Neumann se expandindo em todas as direções, aumentando a uma fração da velocidade da luz. Desta forma, mesmo uma galáxia de 100.000 anos-luz de diâmetro pode ser completamente analisada em, digamos, meio milhão de anos.
Se uma sonda de Von Neumann encontrar apenas evidências de vida primitiva (como uma civilização instável e selvagem do Tipo 0), eles podem simplesmente permanecer adormecidos na lua, esperando silenciosamente que a civilização do Tipo 0 evolua para uma civilização estável do Tipo I. Depois de esperar silenciosamente por vários milênios, eles podem ser ativados quando a emergente civilização Tipo I estiver avançada o suficiente para estabelecer uma colônia lunar. O físico Paul Davies, da Universidade de Adelaide, até levantou a possibilidade de uma sonda de Von Neumann repousar em nossa própria lua, remanescente de uma visita anterior em nosso sistema há eras.
(Se isso soa um pouco familiar, é porque foi a base do filme, 2001. Originalmente, Stanley Kubrick começou o filme com uma série de cientistas explicando como sondas como essas seriam o método mais eficiente de explorar o espaço sideral. Infelizmente, no último minuto, Kubrick cortou o segmento de abertura de seu filme, e esses monólitos se tornaram entidades quase místicas)
Novos desenvolvimentos
Desde que Kardashev deu a classificação original das civilizações, houve muitos desenvolvimentos científicos que refinaram e estenderam sua análise original, como desenvolvimentos recentes em nanotecnologia, biotecnologia, física quântica, etc.
Por exemplo, a nanotecnologia pode facilitar o desenvolvimento de sondas Von Neumann. Como o físico Richard Feynman observou em seu ensaio seminal, “Há muito espaço no fundo”, não há nada nas leis da física que impeça a construção de exércitos de máquinas de tamanho molecular. Atualmente, os cientistas já construíram curiosidades de tamanho atômico, como um ábaco atômico com Buckyballs e uma guitarra atômica com cordas de cerca de 100 átomos de diâmetro.
Paul Davies especula que uma civilização espacial poderia usar a nanotecnologia para construir sondas em miniatura para explorar a galáxia, talvez não maiores que a palma da mão. Davies diz: “As minúsculas sondas de que estou falando serão tão imperceptíveis que não é nenhuma surpresa que não tenhamos encontrado uma. Não é o tipo de coisa que você vai tropeçar no seu quintal. Portanto, se é assim que a tecnologia se desenvolve, ou seja, menor, mais rápida, mais barata e se outras civilizações seguiram esse caminho, podemos estar cercados por dispositivos de vigilância”.
Além disso, o desenvolvimento da biotecnologia abriu possibilidades inteiramente novas. Essas sondas podem atuar como formas de vida, reproduzindo suas informações genéticas, mutando e evoluindo em cada estágio da reprodução para aprimorar suas capacidades e podem ter inteligência artificial para acelerar sua busca.
Além disso também, a teoria da informação modifica a análise original de Kardashev. O atual projeto SETI escaneia apenas algumas frequências de emissões de rádio e TV enviadas por uma civilização Tipo 0, mas talvez não por uma civilização avançada. Por causa da enorme estática encontrada no espaço profundo, a transmissão em uma única frequência apresenta uma séria fonte de erro. Em vez de colocar todos os ovos na mesma cesta, um sistema mais eficiente é dividir a mensagem e espalhá-la por todas as frequências (por exemplo, via transformada de Fourier) e depois remontar o sinal apenas na outra extremidade. Dessa forma, mesmo que certas frequências sejam interrompidas por estática, o suficiente da mensagem sobreviverá para remontar com precisão a mensagem por meio de rotinas de correção de erros. No entanto, qualquer civilização do Tipo 0 ouvindo a mensagem em uma banda de frequência ouviria apenas bobagens.
Por último, há também a possibilidade de que uma civilização Tipo II ou Tipo III possa alcançar a lendária energia de Planck com suas máquinas (10^19 bilhões de elétron-volts). Essa energia é um quatrilhão de vezes maior do que nosso mais poderoso destruidor de átomos. Essa energia, por mais fantástica que pareça, está (por definição) dentro do alcance de uma civilização Tipo II ou III.
A energia de Planck só ocorre no centro dos buracos negros e no instante do Big Bang. Mas com os recentes avanços na gravidade quântica e na teoria das supercordas, há um interesse renovado entre os físicos sobre energias tão vastas que os efeitos quânticos destroem o tecido do espaço e do tempo. Embora não seja certo que a física quântica permita buracos de minhoca estáveis, isso levanta a remota possibilidade de que civilizações suficientemente avançadas possam se mover através de buracos no espaço, como o Espelho de Alice. E se essas civilizações podem navegar com sucesso através de buracos de minhoca estáveis, atingir um impulso específico de um milhão de segundos não é mais um problema. Eles simplesmente pegam um atalho pela galáxia. Isso reduziria muito a transição entre uma civilização Tipo II e Tipo III.
Em segundo lugar, a capacidade de abrir buracos no espaço e no tempo pode ser útil um dia. Astrônomos, analisando a luz de supernovas distantes, concluíram recentemente que o universo pode estar acelerando, em vez de desacelerando. Se isso for verdade, pode haver uma força antigravitacional (talvez a constante cosmológica de Einstein) que esteja neutralizando a atração gravitacional de galáxias distantes. Mas isso também significa que o universo pode se expandir para sempre em um Grande Resfriamento, até que as temperaturas se aproximem do zero absoluto. Vários artigos recentemente expuseram como um universo tão sombrio pode parecer. Será uma visão lamentável: qualquer civilização que sobreviver será desesperadamente amontoada ao lado das brasas moribundas de estrelas de nêutrons e buracos negros. Toda vida inteligente deve morrer quando o universo morrer.
Contemplando a morte do sol, o filósofo Bertrand Russel certa vez escreveu talvez o parágrafo mais deprimente da língua inglesa: “…Todos os trabalhos das eras, toda a devoção, toda a inspiração, todo o brilho do meio-dia do gênio humano estão destinados à extinção na vasta morte do sistema solar, e todo o templo da realização do Homem deve inevitavelmente ser enterrado sob os escombros de um universo em ruínas…”
Hoje, percebemos que foguetes suficientemente poderosos podem nos poupar da morte de nosso sol daqui a 5 bilhões de anos, quando os oceanos ferverão e as montanhas derreterão. Mas como escapamos da morte do próprio universo?
O astrônomo John Barrows, da Universidade de Sussex, escreve: “Suponha que estendemos a classificação para cima. Os membros dessas civilizações hipotéticas de Tipo IV, V, VI, … e assim por diante, seriam capazes de manipular as estruturas do universo em escalas cada vez maiores, abrangendo grupos de galáxias, aglomerados e superaglomerados de galáxias.” Civilizações além do Tipo III podem ter energia suficiente para escapar de nosso universo.
moribundo através de buracos no espaço
Por fim, o físico Alan Guth, do MIT, um dos criadores da teoria do universo inflacionário, até computou a energia necessária para criar um universo bebê em laboratório (a temperatura é de 1.000 trilhões de graus, que está dentro do alcance dessas civilizações hipotéticas). .
Claro, até que alguém realmente faça contato com uma civilização avançada, tudo isso equivale a especulação temperada com as leis da física, nada mais do que um guia útil em nossa busca por inteligência extraterrestre. Mas um dia, muitos de nós olharemos para a enciclopédia contendo as coordenadas de talvez centenas de planetas semelhantes à Terra em nosso setor da galáxia. Então nos perguntaremos, como Sagan fez, como será uma civilização milhões de anos à frente da nossa…
Fonte: Mkaku.org
