카르다쇼프 척도

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1. 개요
2. 상세
3. I단계 이전의 문명
4. I~Ⅲ급 문명
4.1. 제Ⅰ유형(제1유형)
4.2. 제Ⅱ유형(제2유형)
4.3. 제Ⅲ유형(제3유형)
5. Ⅳ급 이상(4급 이상) 문명




외계 문명을 찾는 방법 - 카르다쇼프 척도[1]


1. 개요[편집]


шкала Кардашёва / Kardashev scale

카르다쇼프 척도란, 1964년소련의 천문학자인 니콜라이 카르다쇼프[2]가 고도로 발전한 문명들의 수준을 총 에너지 사용량에 따라 구분한 우주 문명의 척도로, 외계에서 날아온 전파 신호를 분석하면서 처음으로 제안한 것이다.

이 척도에 따르면 인류 문명2023년 기준 0.75 단계에 속한다.


2. 상세[편집]


Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ단계로 구분되며, 각 단계의 문명은 고유한 형태로 복사 에너지를 방출한다. 따라서 어느 외계 종족이 자신의 존재를 숨기고 싶어한다고 하더라도, 그들의 존재는 인간의 관측기구로 감지될 수 있다. 문명이 제 아무리 발달했다고 하더라도 열역학 법칙을 거스를 수는 없으므로, 지적 생명체가 사는 곳에서는 엔트로피가 열 에너지 형태로 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 제한되거나, 관측이 되더라도 예측에 오류가 생길 수는 있다.

  • 가까운 외계문명의 기술 수준이 산업혁명 이전이라 엔트로피가 제대로 관측되지 않을 경우. 에너지 이용 정도가 낮기 때문에 인류가 쉽게 관측할 수 없고, 전파를 이용하지도 못할 가능성이 높아 인류가 문명 사회에서 방출되는 에너지라고 '판단할 수 있는' 패턴화 된 에너지 파장이 관측되기도 어렵다.
  • 문명 수준이 뛰어나지만 그런 수준에 도달한 지 얼마 되지 않았을 경우. 실제로 지구가 산업혁명을 일으킨 지 고작 200년밖에 되지 않았으며 이는 반대로 말하면 200광년보다 더 먼 곳에 자리잡은 외계 문명에는 아직 관측되지 않았다는 뜻이기도 하다. 말이 200년이지 유사 지구 중 하나로 손꼽히는 케플러 186F조차 500광년이나 떨어져 있다. 즉, 그곳의 외계 문명이 기술적 특이점이라도 도달해서 300년 만에 우주 식민지를 건설하기 시작했다고 해도 지구 입장에선 500년 전의 미개한 케플러 186F가 보이기 때문에 충분한 시간이 지나기 전에는 관측이 불가능하다.
  • 에너지 효율의 문제. 가장 간단한 예로, 1970년대에 나온 구식 에어컨과 최신형 인버터 에어컨을 비교해 보자. 당연히 최신형 인버터 에어컨의 에너지 소비 효율이 압도적으로 높을 것이다. 냉방 뿐만 아니라, 정보 처리에서는 더욱 큰 진보를 이뤘다. 1946년대에 만들어진 30톤짜리 컴퓨터 에니악이 하던 계산을 이제 약 15만 배나 가벼운 스마트 폰으로도 3만 배 이상이나 빠르게 할 수 있게 되었고, 발열량은 동일한 계산에 수십억 배 이상 낮아졌다. 이것은 '시대에 따라 같은 동작을 하는 기계도, 사용하는 실제 에너지의 양(발생하는 엔트로피의 양)은 줄어듦'을 의미한다. 문명이 발전할수록 에너지 효율은 점차 좋아지는 경향을 보인다. 따라서 특정 수준 이상의 기술력을 갖추게 된다면 불필요한 에너지의 낭비(열)가 적어지므로, 문명이 발생시키는 전파에너지의 양에 비해 기술력과 문명의 발전 수준이 매우 높을 수 있다.
  • 규모의 문제. 단적인 예로 시동이 꺼진 전차 5대를 보유한 현대 군인 25명은 횃불을 든 원시인 1000명보다 복사 에너지를 덜 방출할 것이다. 하지만 그들이 가진 지식 수준이나 병기는 원시인 1000명쯤은 가볍게 압도하고, 학살할 수 있는 수준의 것이다. 문명이 고도로 발전했고 사회 구성원들은 그것을 이용할 지적 능력이 충분히 있지만, 정작 그 사회의 인구가 급격히 감소해 대부분의 기술과 기계가 에너지를 방출하지 않고 언제든지 꺼내 쓸 수는 있는 '보존 상태'로만 존재한다고 한다면, 열 에너지를 통한 문명 척도 측정에 따르면 앞서 예시로 든 시동 꺼진 전차 5대와 25명의 현대 군인과 횃불 원시인 1000명을 비교하는 것처럼 그 사회의 실제 문명 수준이 매우 저평가된다.

칼 세이건은 저서《코스믹 커넥션 - 우주에서 본 우리》에서 현재의 문명 수준을 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 해당하고 1엑사와트를 소모하는 문명은 Ⅰ.2단계로 분류하는 식이다. 이렇게 따지면 2022년 인류 문명은 0.73단계라고 할 수 있다. 숫자만 보면 Ⅰ단계에 꽤 가까이 접근한 것 같지만, 이 정의를 따르면 에너지 소모량이 지금보다 500배 많아져야 Ⅰ단계 문명에 도달할 수 있다. 많은 과학자들은 21세기 말 혹은 22세기 초에 Ⅰ단계에 도달할 거라고 예측하고 있다. 이 예측에 해당하는 에너지 소모량 증가율은 대략 매년 6[3]~10[4]% 정도이다. 또한 2250년에 인류가 척도 I단계에 다다른다고 하는 예측도 있다.

정확한 공식은 아래와 같다.

  • n=1+0.1\log_{10}{\frac{P}{10PW}}
    • n: 문명의 척도
    • P: 문명이 생산·소모하는 에너지, 단위: 10 PW[5]
  • P=10^{10\left(n-1\right)}

10 PW = 1016 W(와트) 이므로, 일률 단위로 W(와트)를 사용하려면 다음 공식을 이용하면 된다.

<math>1+0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W}\times {10}^{-16} \right )</math>
<math>1+0.1\left \{ \log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )+\log_{10}\left ( {10}^{-16} \right ) \right \}</math>

로그법칙을 이용하여 식을 변형시키면,

<math>1+0.1\left \{\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-16 \right \}</math>
<math>1+0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-1.6</math>
<math>\therefore 0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-0.6</math>

W는 일률의 단위이다. P 역시 차원[6]이 일률과 같으므로 <math>\frac{P}{W}</math>은 차원이 <math>1</math>이 된다.

  • n=0.1\log{P}-0.6
    • n: 문명의 척도
    • P: 문명이 생산·소모하는 에너지, 단위: W
  • P=10^{10n+6}

3. I단계 이전의 문명[편집]


<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-0.6<1</math>
<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )<1.6</math>
<math>\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )<16</math>
<math>\frac{P}{W}<{10}^{16}</math>
<math>P<{10}^{16}W</math>

한 행성의 표면에 도달하는 항성 에너지보다 적은 에너지를 생산하는 모든 문명이 여기에 속한다. 현대 인류 문명은 여기에 해당한다.

목재 20kg으로 피워낸 모닥불이 8시간에 걸쳐 연소하면, 대략 10kW 정도의 비율로 열을 생산한다. 이론상으로 이 모닥불 하나를 갓 발견한 원시인들의 척도는 -0.2이다.

수학적 정의상 완전한 0단계 문명은 1MW의 비율로 에너지를 생산·소모한다. 위의 모닥불 100개에서 에너지를 얻는 가상의 고대 부족은 0단계에 속한다. 역사가들이 '문명의 시작'으로 칭하는 규모와 비슷한 수준이다.

원자력 발전소의 원전 1기의 발전량은 가장 작은 원전이 500MW, 가장 큰 원전이 4GW 정도인데, 이 원전 하나에 해당하는 에너지를 생산하는 문명은 0.27~0.36 단계에 해당한다. 1GW급 원전 1기가 정확히 0.3에 해당한다.

척도 0.5인 문명은 100GW의 에너지 소모량을 보인다. 로마 제국~중세 초기 인류 전체 에너지 소모량과 비슷한 수준이다.

세계 에너지 생산량이 600~800GW 정도로 추정되는 산업혁명기 인류 문명의 경우, 0.578~0.590 정도의 척도가 산출된다.

2021년에너지 소모량 출처 기준 지구 전세계 에너지 소비량은 176.431PWh/year = 약 20.14TW이므로 위 공식을 적용하여 계산하면 약 0.7304의 척도를 가지고 이는 2년 전 2019년도의 척도였던 0.7298보다 단 0.0006밖에 차이가 나지 않는다.

4. I~Ⅲ급 문명[편집]


I 유형은 행성급, II 유형은 항성급, III 유형은 은하급의 에너지를 운용하는 것으로 정의 내린다. 당연히 이렇게 정의할 경우 단계별 기준치는 종족이 발생한 행성, 모항성, 소속 은하마다 전부 다르므로 보통은 인류에 맞춰진 기준치를 쓴다. 실제 지구-태양-우리은하 사이의 에너지 스케일은 각각 대략 30억 배,[7] 130억 배[8] 가량 차이가 난다. 그래서 칼 세이건의 제안에 따라 제 I 유형의 기준점을 1016 W로 정하고, 단계별 차이를 100억 배로 조정한 것이 현재 카르다쇼프 척도의 정의다. 사실 이 정의상, 각 유형의 기준점이 되는 에너지 소모량은 지구/태양/우리은하 전체에는 다소 못미치는 값이다. 각각 지구 에너지 총량의 7.86%, 태양의 광도의 26%, 우리은하의 광도의 20%에 해당한다.

각 단계의 문명은 바로 전 단계의 문명보다 100억 배나 많은 에너지를 사용한다. 0.01단계마다 대략 25.89%씩 증가하며, 약 0.03단계마다 두 배씩, 정확히 0.1단계마다 열 배씩 증가한다. 요컨대, 2022년 현재 인류의 수준인 0.73단계와 1.00단계의 차이는 약 500배 언저리이다. 이렇듯 각 단계들 사이에는 실로 천문학적인 차이가 존재한다.

산술적으로만 본다면 문명이 꾸준히 발전을 한다 가정한다면 단계를 건너뛰는 데 걸리는 시간은 생각보다 꽤 짧다. 가령 어느 문명이 매년 5%정도씩을 발전하고 에너지 사용량 역시 그에 따라 매년 5%정도씩 증가한다고 가정할 때 472년이면 다음 유형으로 넘어갈 수 있다. 그러나 어디까지나 이 가정하의 계산이 그렇다는 것일 뿐이지, 실로 문명이 폭발적으로 발전중인 현시대에도 1973년부터 2019년까지 46년간 연평균 에너지 사용량 증가율은 약 2%에 불과했으며, '지속적'인 증가세를 보인다는 것 또한 현시대에 와서 이루어지고 있을 뿐더러 문명의 발전과 에너지 사용량이 완전히 비례하지도 않는다. 심지어 제2차 세계 대전 이후로 투자 열풍이 있었던 세계 각국의 사회 기반 인프라가 이제 점차 확충되어가고 신규 투자소요가 줄어들면서 그 경제성장률 및 에너지 사용량 증가율조차 계속 감소하고있다. 그리고 본 척도의 정의에 따른 '행성', '항성', '은하'가 부여하는 발전의 한계에 대한 의미를 잘 생각해보라. 행성 내에서 아무리 발전을 하더라도 그 한계가 있으며, 성계 내의 행성들을 아무리 개척해도 항성급은 택도 없다. 우리 태양계의 행성과 위성, 먼지들을 구성하는 광물질을 원자 하나까지 모두 건축자재로 쓴다고 해도 다이슨 스피어는 커녕 다이슨 링조차 건설할 수 없다. 태양계의 모든 물질을 다 쓴다고 해도 결국 태양 근처를 인공 구조물로 미세먼지처럼 뒤덮는 다이슨 스웜 정도가 현실적인 한계인데 만든다고 해봐야 멀리 수십 광년 떨어진 외계인들이 태양을 관측하면 그런 구조물이 있는지조차 알기가 힘들 만큼[9] 대부분의 태양 빛은 멀쩡하게 스웜 바깥으로 흘러나가 버리게 된다. 그 이상은 말할 것도 없다.

사실 에너지 사용량 증가율은 1970년 이후보다 1920~1970년이 훨씬 더 높았다. 이것은 1인당 에너지 사용량을 보면 더욱 극적으로 드러난다. 그럼에도 불구하고 1970년 이후 문명 발전이 그다지 느려보이지 않는 것은 컴퓨터의 보급과 함께 무어의 법칙과 같은 정보통신기술 부분의 엄청난 속도 및 에너지 효율성의 향상이 있었기 때문이다. 또한 한국이 적어도 2000년대 초까지만 해도 한강의 기적이라는 전세계적인 추세를 엄청나게 뛰어넘는 발전을 한 시기이다 보니 한국인이 생각하기에는 더더욱 그렇게 느껴질 수 있다. 에너지 사용량 증가율이 급락한 이유로는 일단 두 차례의 오일 쇼크로 대표되는 중동 지역 분쟁 문제와 함께 지구온난화를 비롯한 수많은 환경 문제들이 1970년대를 기점으로 급격히 이슈화된 점을 들 수 있을 것이다.


4.1. 제Ⅰ유형(제1유형)[편집]


행성으로 에너지를 이용하는 문명.

위 공식에 대입할 경우

<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-0.6=1</math>
<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )=1.6</math>
<math>\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )=16</math>
<math>\frac{P}{W}={10}^{16}</math>
<math>P={10}^{16}W</math>

이들이 소모하는 에너지의 양은 자신의 행성 전체에 쏟아지는 에너지 총량 정도에 해당하며, 그 양은 정확하게 측정할 수 있다. 지구의 문명은 1016 W(= 10 PW = 1만 TW = 천만 GW) 정도의 에너지 소모율을 보일 때 1단계에 접어든다. 2020년대 초, 현재 인류는 도합 약 20 TW 에너지를 운용중이며 이는 0.73 단계에 해당하므로 I 유형에 도달하려면 500 배 가량의 성장이 필요한 셈이다.

지금보다 500배 더 많은 에너지를 충당하는 것은 결코 쉬운 일이 아니다.[10] 현재 쓰는 에너지원들, 화석연료, 수력, 풍력, 지열[11]은 물론 핵분열 에너지 등은 공급에 한계가 있기 때문이다. 태양광 발전의 경우 지구 표면의 20%를 효율 40~50%의 태양광 패널로 뒤덮는다는 전제 하에 1단계 문명의 필요 에너지량을 충당 가능한데, 현재 태양광 발전의 낮은 에너지 효율을 생각해보면 여러모로 답이 없다.[12] 즉 완전히 새로운 에너지원을 찾아야 한다는 것인데, 현재로서 가장 가능성 있는 후보는 핵융합 발전. 그것도 희귀한 삼중수소헬륨-3가 아닌 경수소, 중수소 등 흔한 재료를 사용하는 핵융합 발전이다. 하지만 현재로서는 삼중수소나 헬륨-3를 이용하는 핵융합 발전조차 언제 상용화될지가 요원하다.

즉, 쉽게 말해서 1단계 문명과 현재 인류 문명의 차이는 현재 인류 문명과 산업혁명 이전 인류 문명의 차이와 비슷하다고 보면 된다.

그래도 이 정도의 에너지를 잘 활용할 수 있다면 기상현상을 마음대로 제어하고,[13] 각종 자원을 재활용 및 채취하는 획기적인 방법들을 고안해내고, 이전 세대에 배출된 오염물을 격리처리하거나 정화하고, 지구 밖으로 나가 가까운 행성을 개척하고 그곳의 환경을 바꾸어나가는 일들이 충분히 가능하다. 이런 다양한 분야에서 연구 개발을 진행하며 성과를 다듬는다면, 발전은 지속 가능하고 진정 I 유형에 다다른 문명으로 거듭날 수 있으며, 그렇게 먼 미래에까지 발전을 거듭해나가 모든 행성을 개척하고 태양계의 자원 대부분을 활용한다면 그제서야 II 유형을 바라보게 될 것이다.

1단계 문명의 기술력이 어느정도인지 잘 실감이 되지 않는다면, SF 영화나 소설, 게임 등을 생각해보면 된다.

은하제국을 제외한 스타워즈에 등장하는 문명 세력들이나, 스타트렉행성연방,[14] 스타크래프트 시리즈테란, 헤일로 시리즈UEG애드 아스트라의 문명, 기동전사 건담에 등장하는 문명, 지오스톰에 등장한 문명, 매스 이펙트 시리즈행성계 연합을 I단계에 도달한 문명이라 볼 수 있다. 스텔라리스는 이제 막 1단계 문명에 접어든 때부터 약 2~3단계 사이의 문명이 될 때까지의 과정을 다룬다.[15]

웬만한 SF 영화나 스페이스 오페라물에 등장하는 고도화된 문명 대부분이 1단계 이상 문명이라고 할 수 있는 것이다.

4.2. 제Ⅱ유형(제2유형)[편집]


항성으로 에너지를 이용하는 문명.

위 공식에 대입할 경우

<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-0.6=2</math>
<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )=2.6</math>
<math>\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )=26</math>
<math>\frac{P}{W}={10}^{26}</math>
<math>P={10}^{26}W</math>

이들이 활용할 수 있는 에너지의 총량은 대략 100 YW 정도이다. 예컨대 인류 문명의 경우 태양, 대략 1026와트(= 100 YW = 십만 ZW = 백억 PW).[16]

이 유형의 문명들은 이미 자신들의 모성계 밖으로 진출했을 테고, 어쩌면 워프초공간도약같은 기술들을 구사할 수도 있을 것이다. 행성 규모로 건축물을 만들 수 있으며, 본격적으로 II 유형의 기준에 부합하는 문명은 다이슨 스피어를 건설하여 항성에서 방출되는 모든 에너지를 활용하는 것이 가능한 문명이다.

본격적인 2단계 문명은 스페이스 오페라SF 작품에서 보통 압도적인 수준의 문명으로 묘사되는 편이다. 2단계에 막 도달한 수준이 아니라 본격적인 2단계 문명이라면 수천만~수십억 규모의 병력조차 소규모 부대로 여겨지고, 은하 내 모든 항성계에 방위선단 배치도 쉬운 일이며 아둔의 창이나 임페리얼급 스타 디스트로이어,[17] 스타킬러 베이스처럼 항성을 동력원이나 건축자재로 쓰는 등 거대한 세력이기 때문이다.

대부분의 스페이스 오페라 작품 속 문명들은 Ⅰ이나 Ⅱ인게 보통이다. 특히 워프나 초공간도약에 들어가는 에너지가 어느 정도인지에 따라서... 미치오 카쿠 박사는 대표적으로 스타워즈은하 제국이 ll와 lll 사이라고 서술했다.[18] 또한 스타크래프트 시리즈프로토스헤일로 시리즈코버넌트, 매스 이펙트 시리즈프로디언, 웹툰 은하!데크토니우스, 은하연맹, 웹툰 나이트런인류괴수, 성계 시리즈아브 제국, 함장에서 제독까지타우 민주 연합신드로이아 연대기에 등장하는 문명도 ll 문명의 예시로 들 수 있다.

4.3. 제Ⅲ유형(제3유형)[편집]


은하으로 에너지를 이용하는 문명.

위 공식에 대입할 경우

<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-0.6=3</math>
<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )=3.6</math>
<math>\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )=36</math>
<math>\frac{P}{W}={10}^{36}</math>
<math>P={10}^{36}W</math>

은하 중심부의 초거대질량 블랙홀이나 나선팔의 회전, 퀘이사, 감마선 폭발 등 은하 전체에서 에너지를 얻는 게 가능한 문명이다. 이때부턴 멸종이 불가능한 불사의 문명이 될 가능성이 높다.

에너지를 끌어다 쓸 수 있는 별이 100억 개라면, 활용 가능한 에너지는 무려 1036와트나 된다. 인류 문명의 경우 우리 은하, 대략 5×1036 와트.

이들은 다른 은하계로 진출하거나, 행성과 항성을 옮기거나 창조하고[19], 나중에 가면 항성들은 커녕 중성자별과 블랙홀, 심지어는 은하조차 건축자재밖에 되지 않을지도 모르며, 심지어 가만히 놔뒀더라면 우주론적 사상지평선 너머로 사라졌을 은하계들을 그들의 문명이 있는 곳으로 다시 끌어당길 수 있을지도 모른다.

본격적인 III단계에 들어선 문명들은 거의 묘사되지 않긴 하지만 그래도 찾아보면 꽤 있는 편이다. 하지만 압도적인 기술력을 가졌지만 멸망한 종족들도 대체로 II단계 이상이지, III단계까지는 미치지 못하는 경우가 태반이다.

헤일로 시리즈의 선조선대 인류 문명, Warhammer 40,000천상의 전쟁 시기 네크론기술의 암흑기 시절의 인류, 그리고 전성기 시절 아엘다리크라이시스 시리즈세프, 컬쳐 시리즈컬처가 이 단계에 도달했다고 볼 수 있다.

미치오 카쿠의 주장에 따르면 인류는 10~100만년이 지나면 이 단계에 도달한다고 한다.#

5. Ⅳ급 이상(4급 이상) 문명[편집]


<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )-0.6\geq 4</math>
<math>0.1\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )\geq 4.6</math>
<math>\log_{10}\left ( \frac{P}{W} \right )\geq 46</math>
<math>\frac{P}{W}\geq {10}^{46}</math>
<math>P\geq {10}^{46}W</math>

일명 오메가 문명라고 불리며 카르다쇼프가 발표한 원래 척도에는 없지만 후대에 와서 미치오 카쿠 교수에 의해 추가된 것이다. 런던천문대에서 강의를 마친 미치오 카쿠에게 한 어린이가 IV단계 문명이 있어야 한다고 강력하게 주장했고, 미치오 카쿠는 이를 타당하다고 생각해서 카르다쇼프 척도를 IV, V, VI 단계로 확장했다.

  • Ⅳ 단계 문명 - 우주 한 개의 에너지를 모두 사용하는 문명
  • Ⅴ 단계 문명 - 여러 다중우주의 에너지를 사용하는 문명
  • Ⅵ 단계 문명 - 모든 다중우주의 에너지를 사용하는 문명

다만 니콜라이 카르다쇼프가 제안한 원조 카르다쇼프 척도에는 포함되지 않기도 하고, 현재 인류의 수준에서는 상상조차 힘든 설정놀음에 가까운 것이기 때문에 카르다쇼프 척도를 이야기할 때 IV, V, VI 단계는 포함하지 않는 경우도 많다. 포함하는 경우에도 IV 단계 하나로 퉁치기도 하는데, 사실 V, VI 단계는 그 존재조차 불확실한 다중우주를 대상으로 하기 때문에 논의할 수 있는 것도 별로 없기 때문.

III 단계 문명이 단지 물리법칙을 넘어서는 수준이라면, IV 단계 이상을 이룩한 문명은 우주의 물리법칙을 변혁하거나 아예 새로운 물리법칙을 창조해낼 수 있을 것으로 예상된다. 어쩌면 우주의 섭리와 구분짓는 것이 불가능하기 때문에 관측이 불가능할지도 모르는, 인간의 이해력으론 상상으로조차 범접할 수 없는 존재들일 것이다. 실현 가능한지도 잘 모른다. 아직 정체도 제대로 밝혀지지 않은 단계라 여기서부터는 그저 상상의 영역과 다를 바 없다.[20]

정의상으론 1046 W 이상의 에너지를 다루는 문명이 여기에 속한다. 그러나 우리 우주의 모든 별과 은하, 블랙홀 등에서 얻을 수 있는 에너지를 다 합쳐도 1045 W를 넘지 않아서 통상적인 에너지를 사용하는 방법으로는 도달할 수 없기 때문에 미치오 박사는 이 단계에선 암흑에너지 등의[21] 은하 외(extragalactic)적 에너지원을 활용할 수 있어야 한다고 말했다. 그는 그의 저서에 니콜라 테슬라진공에서 무한한 에너지를 얻을 수 있다고 주장했다는 사실을 소개하며, 암흑 에너지 개념과 일맥상통한다고 덧붙였다.

이쯤되면 현 인류 문명의 이해력에서 벗어나 가까운 미래를 아득히 뛰어넘는 우주급의 초월적인 문명으로, 우주의 인과율에 간섭하거나 그에 상응하는 대처를 해 결과적인 우주를 바꿀 수 있으며, 우주의 섭리와 구분짓는 것이 불가능하기 때문에 관측할 수 없을지도 모른다. 스토리텔링을 만들기 어렵기 때문에 가상의 매체에 배경설정 정도로 언급되는 사례는 있어도 정말 제대로 묘사되는 작품은 드물다. 이 정도의 문명이라면 우주가 모의 실험인 것에 맞먹을 만큼, 모든 생명체들이 쌓아올린 체계인 고도로 발전된 문명이 섭리에 기반하는 셈일 수도 있다는 이야기까지 성립할 수도 있다. 간단히 말해 지금 우리가 보고 느끼고 생각하는 것을 비롯해 과학이나 자연, 기타 등 모든 것이 누군가의 의도를 통해 임의로 맞추어졌을지도 모른다는 뜻이다. 하다못해 성경에서도 천지창조를 제외하면 이런 수준의 이야기는 나오지 않는다.

만약 어떤 문명이 우주의 모든 에너지를 모두 한데 모아 한점으로 무한히 압축할 수 있는 기술이 있다면 새로운 빅뱅을 유도해 새로운 우주를 만들 수 있을 것이며 이 문명은 모(母)우주의 엔트로피가 최대치가 되더라도 소멸되지 않고 새 우주에서 문명발전을 계속 이어나갈 수 있다. 이런 개념은 멀티우주로 확장되니까 설사 이 문명이 우주를 만들진 못하더라도 폐쇄우주가 아니므로 가까운 우주로 언젠간 탈출 할수도 있을 것이다, 또한 이는 엔트로피가 낮은 다른 우주들이 존재하므로 극대화된 우리 모우주도 언젠간 엔트로피가 낮아 질수 있다는 희망적 가능성을 열어주므로 우주만물은 죽음을 향해 달려가는 비극이 아닌 순환되는 희극이 된다.

이 단계에 도달한 문명의 예로는 질리 연작의 질리, 닥터후타임로드, 마블 코믹스셀레스티얼, 인터스텔라의 미래 인류 등이 꼽힌다.

[1] 쿠르츠게작트의 영상.[2] Николай Кардашёв, Nikolai Kardashev, 1932년 4월 25일 ~ 2019년 8월 3일[3] 106년 소요[4] 65년 소요[5] 10 페타와트. 1단계 문명이 생산·소모하는 에너지이다.[6] <math>kg\times {meter}^{2}\times {second}^{-3}</math>[7] 지구에 순환하는 에너지 총량이 지표에 도달하는 태양에너지의 양과 거의 같다고 가정할 때의 수치로 약 127.2 PW이다. 지표면에 도달하는 태양광 일조량은 딱 1,000 W/m2이며, 대기권 최상부에서는 반사량을 제외하지 않으므로 1361 W/m2 정도다.[8] 태양의 광도 3.84 × 1026 W와 우리 은하의 광도 5 × 1036W로부터 계산함. 출처 은하의 광도는 1999년 자료를 기반으로 삼았기 때문에 최신 자료와는 차이가 있을 수 있다.[9] 물론 이들이 인간 문명이 계속되는동안 지속적으로 태양계를 관찰했다면 8개나 되는 많은 행성을 거느린, 그래서 눈여겨보며 관측할 가치가 충분한 행성계의 행성들이 어느날 갑자기 모조리 녹아내려버린 사건에 대해서는 관측이 가능할 것이다.[10] 500배의 에너지를 쓸 수요가 어딨냐고 생각할 수도 있지만, 수요와 공급은 함께 증가할 것이다. 산업혁명 이전의 사람들에게 인류가 수백년 안에 100배가 넘는 에너지를 사용하게 될 것이라고 말하면 대체 그 많은 에너지로 무엇을 할 지 상상도 하기 어렵겠지만, 당신은 매일 산업혁명 이전의 한 사람이 매일 쓰던 에너지의 수십배를 쓰고 있다.[11] 지구 핵에서 생산되는 에너지의 총량은 고작 46.73 테라와트에 불과하다. 만일 지저에서 페타와트 단위로 에너지를 퍼올린다면 얼마 안 가 핵이 식어버릴 것이다.[12] 때문에 우주에 태양광 발전 설비를 쏘아올리는 것이 연구 중이다. 하지만 이 또한 문제가 많다.[13] 부분적으로 이런 것들이 이루어지고 시도되고는 있다. 예를 들자면 인공강우라든지(이 경우 허리케인이나 태풍열대성 저기압에 시도하는 방안이 연구중) 일본간사이 국제공항 같은 인공섬 등.[14] 미국의 유튜버 아이작 아서의 계산에 따르면 1.3 정도라고 한다.[15] 게임 내에선 이게 불과 수백년 사이에 일어나는데, 실제로는 수 만 년 이상이 걸릴 것이다. 미치오 카쿠는 인류가 3단계 문명이 될 때까지 최소 약 10만년에서 최대 약 100만년 정도의 시간이 필요할 것이라고 말했다.[16] 태양의 광도(초당 에너지 생산량)는 약 3.839 × 1026 W이다. 우주 문명의 척도는 밑이 100억이나 되는 로그스케일이기 때문에, 서너배 정도의 크기차 쯤은 무시할 수 있다. 인류 문명의 경우, 태양에서 발생하는 복사 에너지를 100% 활용한다고 가정하면 정확한 척도는 2.058 정도이다. 현재 SETI의 기술 상 이 단계를 넘어서야 감지할 수 있다고 한다.[17] 함선의 동력원인 태양광 이온화 반응로는 하이퍼매터(코악시움과 같은 하이퍼드라이브 연료)를 사용하여 소형 항성을 만들고 동력원으로 삼는 물건이다.[18] 실제로 영화에 표현되는 문명 수준은 ll단계와 lll단계 사이에서도 ll단계에 좀 더 가까운 모습을 보인다. 통치 영역 내의 거주 가능한 항성계는 무려 32억 개로 많긴 하지만 3단계에 가깝다기에는 전성기 시절 임페리얼급 스타 디스트로이어의 보유수도 25,000대 정도로 lll단계에 근접했다기에는 그다지 많지 않고, 그보다 작은 제국 해군 함선을 포함해도 영역에 비해서는 에너지 총량이 많지는 않다. 물론 이는 신뢰성 있는 방식으로 계산된 수치라기보다는 그냥 이미지를 주기 위해 임의로 설정된 숫자라서 그런 것이지만...스타킬러 베이스의 경우, 실험적인 슈퍼병기지만 항성 자체를 흡수하여 이용하는 행성 규모 기계로 볼 수 있는데다가 임페리얼급 스타 디스트로이어들도 반응로에 소형 항성을 만들어 사용하므로 2단계 수준에 도달한 것은 확실하다.[19] 물론 II단계 문명도 항성 이동 또는 항성 제조와 같은 각종 대규모 사업을 벌일 수 있다.[20] 예를 들어 인피니티 스톤을 6개를 모두 모은 인피니티 건틀렛이 현대의 스마트폰 수준으로 흔하게 쓰이는 세계나 다름없다.[21] 현재 우주의 질량 비율 중 항성은 고작 0.5%만을 차지하며, 그외 성간물질이나 블랙홀이 4.5%를, 미지의 중력원-암흑물질이 26.8%를, 우주를 가속 팽창시키는 미지의 힘-암흑에너지가 68.3%를 차지할 것으로 추산된다. 지금 우리 우주 전체의 모든 암흑에너지를 다룰 수 있는 문명은 대략 4.0단계에 해당하는 것으로 계산된다. 여기서 현재라고 표현한 이유는 암흑에너지의 양이 계속 증가하기 때문이다.(우주를 팽창시키는 동시에 밀도가 변하지 않음) 수 억 년 단위로도 우주의 암흑에너지 비율은 크게 변하여, 지구에 처음 생명이 탄생했을 시점(약 38.4억 년 전)만 해도 바리온과 암흑물질의 합이 암흑에너지보다 근소하게 더 컸다. 즉 50억 년 전만 해도 우리 우주에 제IV 유형은 존재할 수 없었을 것이며, 약 200억 년 후에 우주 전체의 에너지를 사용하는 문명은 약 4.2단계 정도가 된다.


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