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카르다쇼프 척도

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목차

1. 개요

카르다쇼프 척도는 외계 문명의 기술 수준을 에너지 소비량을 기준으로 분류하는 가설적인 척도이다. 1964년 니콜라이 카르다쇼프가 제시한 이 척도는 문명을 세 가지 유형으로 구분한다. 유형 I은 행성의 에너지, 유형 II는 항성의 에너지, 유형 III은 은하의 에너지를 활용한다. 칼 세이건은 척도를 보완하여 중간 단계를 포함하는 연속적인 척도를 제안했으며, 다른 과학자들은 에너지 소비 외에 정보량, 우주 자원 활용, 생존 능력 등을 기준으로 척도를 확장하거나 수정하려는 시도를 했다. 카르다쇼프 척도는 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 프로젝트에서 외계 문명의 신호를 탐색하는 데 활용되지만, 에너지 소비 증가의 한계, 지구 중심적 사고, 탐색의 어려움 등의 비판도 존재한다.

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카르다쇼프 척도

2. 카르다쇼프 척도의 기원 및 정의

카르다쇼프 척도는 1964년 소련의 천문학자 니콜라이 카르다쇼프가 "외계 문명의 정보 전송"이라는 논문에서 처음 제시한 문명의 분류 방법이다.[1] 그는 문명의 에너지 사용량을 기준으로 세 가지 유형으로 분류했다.


  • I형 문명: 행성에서 사용할 수 있는 모든 에너지를 활용하는 문명이다.
  • II형 문명: 항성에서 나오는 모든 에너지를 사용할 수 있는 문명이다. 예를 들어 다이슨 구와 같은 거대 구조물을 건설할 수 있다.
  • III형 문명: 은하 전체의 에너지를 제어하고 사용할 수 있는 문명이다.


칼 세이건은 카르다쇼프의 초기 분류를 보완하여, 에너지 사용량을 와트(W) 단위로 나타내고, 이를 로그 스케일로 변환하여 연속적인 척도를 제안했다. 그가 제시한 공식은 다음과 같다.[120]

:K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}

여기서 K는 카르다쇼프 척도, W는 에너지 사용량(와트)이다. 칼 세이건은 이 공식을 통해 1973년 인류 문명이 0.73 정도라고 계산했다.[120]

국제 에너지 기구의 예측에 따르면, 과거와 미래의 에너지 생산량과 그에 따른 카르다쇼프 척도는 다음과 같이 변화해 왔다.

연도에너지 생산카르다쇼프 척도
테라와트엑사줄/년
19000.67TW210.58
19701900.67
19738.2TW2600.69
19859.2TW2900.69
198910TW3200.70
199311TW3400.70
199512TW3600.70
200013TW4200.71
200113TW4200.71
200214TW4300.71
200414TW4400.71
201016TW5100.72
203022TW6800.73


2. 1. 카르다쇼프의 초기 분류 (1964)

카르다쇼프는 1964년에 발표한 논문에서 문명의 에너지 소비율, 즉 동력 활용 능력 수준에 따라 문명을 세 가지 유형으로 분류했다. 그는 인류의 동력 사용량이 계속 증가할 것이라고 가정하고, 에너지 소비율이 특정 이정표를 넘을 것이라고 계산했다.[1][5]

  • I형 문명: 행성의 모든 에너지를 이용할 수 있는 문명이다. 에너지 소비는 약 4E12이다. 지구-태양계의 경우, 이 값은 1.74E17에 가깝다.[95] 이는 현재 지구의 에너지 소비량보다 약 4자릿수 높은 수준이다.[96]
  • II형 문명: 모항성의 모든 에너지를 이용할 수 있는 문명이다. 예를 들어, 다이슨 구를 구축할 수 있는 과학 기술을 가진 수준이다. 에너지 소비는 약 4E26이다.
  • III형 문명: 속한 은하의 모든 에너지를 제어할 수 있는 문명이다. 에너지 소비는 약 4E37이다.


Three schematic representations: Earth, Solar System and Milky Way
카르다쇼프 척도


카르다쇼프는 라디오 기술의 발전을 통해 1980년대 안에 유형 II 및 III 문명을 감지할 수 있는 100000m2 크기의 안테나 건설이 가능할 것이라고 예측했다. 그는 지구와 같은 유형 I 문명이 다른 유형의 문명이 방출하는 에너지를 수신할 수 있을 것이라고 보았다.[1][6]

그는 인공적인 우주 전파원으로 추정되는 CTA-102와 같은 소스를 언급하며, 별의 밀도가 높은 은하 중심이나 안드로메다 은하, 마젤란 은하와 같은 인근 은하를 탐색해야 한다고 제안했다. 또한, 화성에서 단순한 유기체라도 발견된다면 은하에 유형 II 문명이 존재할 가능성이 높아질 것이라고 결론지었다.[1]

칼 세이건은 카르다쇼프의 초기 제안을 보완하여, 1973년 인류 문명이 0.73 수준이라고 계산했다. 이는 카르다쇼프의 0 유형과 I 유형과 관련이 있다.[120] 칼 세이건이 제안한 카르다쇼프 척도 공식은 다음과 같다.

:K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}

여기서 K는 문명의 카르다쇼프 척도이며, W는 에너지원에서 방출하는 에너지(와트)이다.[121]

국제 에너지 기구의 예측에 따른 과거와 미래의 에너지 생산량과 카르다쇼프 척도는 다음과 같다.

연도에너지 생산카르다쇼프 척도
엑사줄/년테라와트쿼드/년[122]mtoes/년[123]
1900210.67TW205000.58
197019018045000.67
19732608.2TW24062000.69
19852909.2TW27069000.69
198932010TW30076000.70
199334011TW32081000.70
199536012TW34087000.70
200042013TW400100000.71
200142013TW400100000.71
200243014TW410104000.71
200444014TW420106000.71
201051016TW480121000.72
203068022TW650163000.73



A red dotted line that goes up from left to right.
국제 에너지 기구의 자료를 바탕으로 2040년까지의 카르다쇼프 척도 예상

2. 2. 칼 세이건의 수정된 척도 (1973)

칼 세이건은 카르다쇼프 척도의 중간 단계를 포함하는 연속적인 척도를 제안하면서, 다음과 같은 공식을 제시했다.[120]

:K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}

여기서 K는 카르다쇼프 척도, W는 에너지 소비량(와트)이다. 1973년 칼 세이건은 이 공식을 통해 인류 문명이 0.73이라고 계산했다.[120] 그는 10테라와트를 W로 적용했는데, 이는 현재 제안된 값보다 훨씬 높다.[121]

칼 세이건은 카르다쇼프 척도와 유사하게 정보량 기준의 척도를 만들었는데, 1973년 인류 문명을 0.7H 문명으로 규정했다. (H는 1013 비트 정도의 정보이다.)[117]

다음은 국제 에너지 기구의 예측치에 따른 과거와 미래의 에너지 생산량과 카르다쇼프 척도를 나타낸 표이다.

연도에너지 생산카르다쇼프 척도
엑사줄/년테라와트쿼드/년[122]mtoes/년[123]
1900210.67TW205000.58
197019018045000.67
19732608.2TW24062000.69
19852909.2TW27069000.69
198932010TW30076000.70
199334011TW32081000.70
199536012TW34087000.70
200042013TW400100000.71
200142013TW400100000.71
200243014TW410104000.71
200444014TW420106000.71
201051016TW480121000.72
203068022TW650163000.73


3. 인류 문명의 현황과 미래

현재 인류는 칼 세이건이 보완한 카르다쇼프 척도에 따르면 0.7 유형에 해당한다.[120] 칼 세이건은 1973년에 인류 문명이 0.73이라고 계산했으며, 카르다쇼프 척도는 다음 공식을 사용한다.[117]

:K = \frac{\log_{10}{W}-6} {10}

:K는 문명의 카르다쇼프 척도이며, W는 에너지원에서 방출하는 에너지(단위: 와트)이다.

국제 에너지 기구의 예측에 따르면, 연도별 에너지 생산량과 카르다쇼프 척도는 다음과 같다.

연도에너지 생산카르다쇼프 척도
엑사줄/년테라와트쿼드/년[122]mtoes/년[123]
190021205000.58
197019018045000.67
19732608.2TW24062000.69
19852909.2TW27069000.69
198932010TW30076000.70
199334011TW32081000.70
199536012TW34087000.70
200042013TW400100000.71
200142013TW400100000.71
200243014TW410104000.71
200444014TW420106000.71
201051016TW480121000.72
203068022TW650163000.73



2018년의 전 세계 총 에너지 소비량은 161,249TWh[99]로, 평균 전력 소비량은 이며, 세이건의 보간 카르다쇼프 척도에서는 0.7265에 해당한다.

전 세계 연간 1차 에너지 소비량


Color photo. Man sitting wearing a suit and smiling.
칼 세이건


산업혁명과 같이 문명이 급격하게 변화하는 시기에는 카르다쇼프 척도의 유형이 변경될 때 사회적 격변이 일어날 가능성이 크다. 미치오 카쿠는 인류가 연평균 3%의 에너지 소비 증가율을 보인다면 100~200년 안에 유형 I 단계에 도달할 수 있다고 예측했다.[37] 프리먼 다이슨은 약 200년 안에 유형 I 문명이 도달할 것이라고 계산했다.[38]

필립 T. 메츠거는 인류가 이미 유형 I에 도달했지만, 비재생 에너지원 고갈로 에너지 문제에 직면했다고 한다.[40] 그는 천연 가스는 2020~2030년, 석탄은 2035년, 우라늄은 2056년까지 고갈될 것이며, 석유 채굴은 2006~2008년에 정점을 찍었다고 말한다.[40]

3. 1. 대한민국의 에너지 정책과 미래

대한민국은 높은 에너지 수입 의존도와 온실가스 배출량 감축 목표를 가지고 있어, 이를 극복하기 위한 에너지 정책을 추진하고 있다. 특히 더불어민주당은 재생에너지 확대를 중심으로 하는 에너지 전환 정책을 적극적으로 추진해왔다. 예를 들어 '재생에너지 3020 이행계획'을 통해 재생에너지 발전 비중을 늘리고자 노력했다.

반면, 국민의힘은 원자력 발전의 역할을 강조하며, 에너지 안보와 경제성을 고려한 에너지 정책을 주장한다. 이들은 원자력 발전을 통해 안정적인 에너지 공급을 확보하고, 동시에 온실가스 배출량을 줄일 수 있다고 본다.

미래학자 미치오 카쿠는 인류가 연평균 3%의 에너지 소비 증가율을 보인다면, 100~200년 안에 유형 I 단계에 도달할 수 있다고 예측했다.[37] 이는 대한민국의 에너지 정책에도 시사하는 바가 크다. 지속 가능한 발전을 위해서는 에너지 효율을 높이고, 재생에너지와 같은 친환경 에너지원의 비중을 확대하는 것이 중요하다.

필립 T. 메츠거에 따르면, 인류는 이미 유형 I에 도달했지만, 비재생 에너지원이 거의 고갈되어 에너지 문제에 직면해 있다고 한다.[40] 그는 천연 가스는 2020~2030년까지, 석탄은 2035년까지, 우라늄은 2056년까지 고갈될 것이며, 석유 채굴은 2006~2008년에 정점을 찍었다고 말한다.[40] 이러한 상황은 대한민국이 에너지 자립도를 높이고, 장기적인 에너지 안보를 확보해야 할 필요성을 보여준다.

4. 카르다쇼프 척도의 확장 및 대안

카르다쇼프 척도는 문명의 에너지 사용량을 기준으로 발달 단계를 분류하는 방법이다. 하지만 이 척도 외에도 다양한 기준을 통해 문명의 발달 정도를 평가하려는 시도가 있었다.

로버트 주브린은 에너지 사용량뿐만 아니라 문명이 우주 공간에 얼마나 널리 퍼져 있는지를 나타내는 "성숙도"를 기준으로 문명을 분류했다.[115] 그는 문명이 행성 전체에 퍼진 단계를 타입 Ⅰ, 여러 항성계에 식민지를 건설하여 퍼져 나간 단계를 타입 Ⅱ, 은하 전체로 확장한 단계를 타입 Ⅲ으로 정의했다.[115]

칼 세이건은 에너지 사용량에 더해 문명이 사용하는 정보의 양을 기준으로 문명을 분류하는 방식을 제안했다. 그는 비트의 정보(인류 역사상 알려진 어떤 문명보다 적은 양)를 A 문자로 지정하고, 각 알파벳이 증가할 때마다 정보량이 10배씩 증가하도록 설정했다. 예를 들어, Z 문명은 비트의 정보를 가진다. 1973년 지구는 0.7 H 문명으로, 비트의 정보에 접근할 수 있었다. 세이건은 Z 문명 수준의 정보량은 초은하단 내 모든 지적 생명체의 정보량을 초과하며, 현재 우주가 장거리 정보 교환을 효율적으로 할 만큼 충분히 오래되지 않았기 때문에, Z 문명은 아직 존재하지 않을 것이라고 추측했다. 정보와 에너지 축은 서로 직접적인 관련이 없으므로, Z 문명이 반드시 카르다쇼프 척도의 타입 Ⅲ 문명일 필요는 없다.

존 D. 배로우는 거시적인 우주 조작보다는 미시적인 물리학 조작 능력, 즉 원자나 소립자 수준의 기술 정밀성을 기준으로 문명을 분류하는 것이 더 효과적이라고 제안했다. 그는 문명 단계를 타입 1 마이너스부터 타입 Ω 마이너스까지 역순으로 분류했다.


  • 타입 Ⅰ 마이너스: 기계공학 수준으로, 구조물 건설, 자원 채굴, 고체 결합 및 파괴 등 눈에 보이는 물체를 조작할 수 있는 단계이다.
  • 타입 Ⅱ 마이너스: 의용 생체 공학 수준으로, 유전자 조작, 세포 발달 변경, 신체 이식 및 교환, 유전 정보 판독 및 조작이 가능한 단계이다.
  • 타입 Ⅲ 마이너스: 화학 공학 수준으로, 분자 및 분자 결합을 조작하여 새로운 재료를 만들 수 있는 단계이다.
  • 타입 Ⅳ 마이너스: 나노기술 수준으로, 개별 원자를 조작하고 원자 규모의 나노기술을 구현하며 복잡한 인공 생명체를 창조할 수 있는 단계이다.
  • 타입 Ⅴ 마이너스: 핵물리학 수준으로, 원자핵 및 핵자를 조작할 수 있는 단계이다.
  • 타입 Ⅵ 마이너스: 소립자물리학 수준으로, 쿼크와 렙톤 등 소립자를 조작하여 복잡한 조직을 인공적으로 만들 수 있는 단계이다. 이는 인류가 도달 가능한 최고 수준의 기술 단계이기도 하다.
  • 타입 Ω 마이너스: 공간과 시간의 기본 구조 자체를 조작할 수 있는 단계이다.[116]


이 분류에 따르면, 인류 문명은 타입 Ⅲ 마이너스와 타입 Ⅳ 마이너스 사이의 단계에 있는 것으로 보인다.

카르다쇼프는 초문명이 우주 망원경을 통해 인류를 이미 감지했을 가능성이 높다고 보았다. 그는 1997년 논문에서 초문명의 "우주 민족지학"이 매우 발달했을 것이라고 언급했다.[9] 하지만 아직 접촉이 없는 이유는 초문명의 윤리적 고려 때문일 수 있다고 설명했다.

카르다쇼프는 문명 진화의 6가지 시나리오를 제시했다.[9] 각 시나리오는 확률, 관찰 대상, 절차, 결과 등을 포함한다.[2]

카르다쇼프가 제시한 문명 진화 시나리오 (1997)
시나리오확률관찰 대상인류에게 미치는 결과
100억 광년 범위 문명의 대규모 통일60%퀘이사, 은하 팽대부 (10 μm ~ 1cm 파장, 1038 와트 이상 방사선)사회 전반 발전, 민족지학 보존 기구 설립
산개 성단 규모 통일20%처녀자리 은하단 (M87 등)상동
은하 규모 통일10%우리 은하, 이웃 은하 (M31, M33) 중심부상동
우주 식민지화 완료0% (이미 지구에 존재해야 함)-상동
모든 문명 자멸10%가장 가까운 별 근처 고대 거대 구조물접촉 불가
우주 최초/유일 문명10%천체생물학 연구 필요먼 미래 잠재적 접촉 가능성



빅뱅 이후 우주의 팽창을 설명하는 표준 모형에 따르면, 지구보다 오래된 행성이 존재하여 초문명을 품을 수 있다.

빅뱅(Big Bang) 이후 우주의 팽창을 설명하는 표준 모형에 따르면, 지구보다 오래된 행성이 존재할 수 있으며, 초문명을 품을 수 있습니다.


1997년 논문에서 카르다쇼프는 초문명 탐지를 위해 강한 방사선 천체 관찰을 강조했다. 그는 우주의 나이 (태양계의 형성 및 진화 이전 8 × 109년)에 비해 생명의 역사가 짧아 우리와 비슷한 문명 발견 가능성은 낮다고 보았다. 지구 생명 진화 속도와 우주 나이를 고려하면, 6 × 109년 만에 우리 수준에 도달한 문명이 가까이 존재할 수 있다고 추정했다. 감마선 같은 강렬한 방사선원 발견은 생명 유지에 필요한 보호 환경을 시사한다. 또한, 암흑 물질의 95%가 미발견 상태이거나 중력 영향으로만 추론 가능하다는 점도 초문명 존재 가능성을 뒷받침한다.[11]

카르다쇼프는 우리 은하나 근처 II형 구조 탐지를 위해 몇 마이크론에서 몇 밀리미터 파장, 3 ~ 300 켈빈(K) 온도 (고체 물질 대형 구조 특징)를 가진 물체에 탐색 도구를 집중해야 한다고 주장했다.[12] III형 구조는 대규모 우주 거리에서 관찰 가능하다. 그는 IRAS 카탈로그 3000개 방사선원 연구를 언급하며, 110 ~ 120 K, 280 ~ 290 K 대역 분석 결과 은하 평면과 중심에 밀집된 방사원을 발견했다. 그는 적외선 및 서브밀리미터 천문학 관측을 통해 인공 방사선원을 찾을 수 있다고 설명하며, 극저온 우주 망원경 궤도 투입 프로젝트 (''밀리미트론 프로젝트'')를 제안했다.[11][13]

카르다쇼프는 60억 ~ 80억 년 전 문명이 우리 은하에 존재했을 가능성을 제시하며, 그들이 이미 우리를 발견했을 수 있다는 엔리코 페르미의 페르미 역설에 대한 가설을 제시했다. 인공 방사선원 미발견은 대규모 사회 갈등으로 인한 문명 자멸 (슐로프스키 이론)을 입증할 수 있다. 그는 초문명 역학을 설명하는 또 다른 가설로 "피드백 효과" (1975년 Sebastian von Hoerner 이론화)[14]를 언급하며, 이는 높은 기술 수준에서 문명이 고립보다는 수렴한다는 가설에 기반한다. 초문명 간 거리는 가장 오래된 문명의 기술 진화 시간 절반 (약 30억 ~ 40억 년)으로 결정될 수 있다. 반면, 초문명이 우리 은하에 오래 존재하지 않았을 수도 있다. 카르다쇼프는 우주의 팽창이 무한하므로 초문명 수와 수명도 무한하다고 결론내렸다.[11]

타입 II 문명은 타입 I 문명의 기술을 다수 행성에 적용하거나, 다이슨 구 같은 거대 구조물로 모성 항성 에너지를 활용할 수 있다.[106] 블랙홀 강착 원반 방출 에너지 수집,[107][108] 으로 항성 문제 제거, 반물질 재활용 등도 가능하다. 타입 III 문명은 타입 II 기술을 은하 내 모든 별에 적용하거나, 초대질량 블랙홀 에너지, 화이트홀 방출 물질, 감마선 폭발, 퀘이사 방출 에너지를 활용할 수 있다.

4. 1. 추가적인 유형 (IV, V, VI 등)

카르다쇼프 척도는 원래 3단계의 문명 유형을 제시했지만, 이후 과학자들은 이를 확장하여 더 높은 수준의 문명을 포함시켰다.

; 유형 0, IV, V 문명

: 척도의 가장 직접적인 확장으로, 우주 전체를 제어하거나 사용할 수 있는 유형 IV 문명과, 여러 우주의 집합을 제어할 수 있는 유형 V 문명이 있다. 또한, 카르다쇼프 척도에 들어가지 않는 유형 0 문명도 생각할 수 있다. 가시 우주의 출력은 정도이다. 이러한 문명은 현재 과학적 지식으로는 상상하기 어렵거나 불가능할 수도 있다(페르미의 역설).

:* 졸탄 갈란타이(Zoltán Galántai)는 그러한 문명은 자연 현상과 구별할 수 없다고 주장했다.[109]

:* 이론 물리학자 미치오 카쿠는 암흑 에너지와 같은 "초은하적" 에너지원을 이용할 수 있는 유형 IV 문명을 언급했다.[110]

:* 과학 저널리스트 졸린 크레이튼(Jolene Creighton)은 유형 I에 도달하지 못한 행성 문명은 유형 0 문명이며, 유형 0.1은 원시 시대, 유형 0.2는 불의 발견 정도라고 세분화했다.[111] 크레이튼은 유형 IV 문명은 여러 은하군이나 은하단, 또는 초은하단 이상의 범위를 지배하고, 우주 인플레이션에 따른 가속 팽창을 넘어 이동 가능하게 된 문명이며, 사실상 관측 가능한 우주 전체를 지배 가능하다고 보았다. 유형 V 문명은 다중 우주로 진출하거나 우주 자체를 창조할 수 있는 단계로, 사실상 종교에서의 창조신과 같다고 기술했다.[112]

:* 유형 IV 이상의 확장은 SF에 가깝고, 논자에 따라 분류가 다양하다. SF 작가 베로니카 시코에는 유형 V 문명은 다중 우주로 진출 가능한 단계, 우주의 창조가 가능한 단계는 유형 VI 문명이라고 했다.[113] Kurzgesagt - In a Nutshell는 여러 은하 진출에서 하나의 초은하단을 지배하는 단계를 유형 IV 문명, 여러 초은하단에서 관측 가능한 우주 전체를 지배하는 단계를 유형 V 문명, 다중 우주 진출에서 우주의 창조에 이르는 단계를 유형 Ω 문명으로 분류했다. 하지만, 인류 문명을 참고한 Uniformity of motive|동기의 균일성영어로, 어떤 외계 문명의 기술 수준이나 행동 이념을 추측하는 것은 기껏해야 여러 항성계로의 진출을 시작한 유형 2.5 문명 정도까지라고도 말하고 있으며, 유형 III 이상의 문명의 내용을 추측하는 것은, 개미집의 개미가 인류 문명을 인지하는 수준의 어려움이 따르기 때문이라고 결론짓고 있다.[114]

4. 2. 다른 척도

카르다쇼프 척도 외에도 문명의 발달 정도를 측정하기 위한 다양한 척도들이 제안되었다. 이러한 척도들은 에너지 소비량뿐만 아니라, 정보량, 기술의 정밀성(소형화), 그리고 재난에 대한 회복력 등 다양한 기준을 포함한다.

; 별의 성숙도

:; 제안자: 로버트 주브린

: 주브린은 에너지 사용량 외에 문명이 우주에 퍼져 있는 정도, 즉 "성숙도"를 기준으로 문명을 분류했다.[115] 그는 문명이 행성 전체에 퍼진 단계를 타입 Ⅰ, 여러 항성계에 식민지를 건설하여 퍼져 나간 단계를 타입 Ⅱ, 은하 전체로 확장한 단계를 타입 Ⅲ으로 정의했다.[115]

; 정보의 양

:; 제안자: 칼 세이건

: 칼 세이건은 에너지 사용량에 더해 문명이 사용하는 정보의 양을 기준으로 문명을 분류하는 방식을 제안했다.

: 세이건은 106비트의 정보(인류 역사상 알려진 어떤 문명보다 적은 양)를 A 문자로 지정하고, 각 알파벳이 증가할 때마다 정보량이 10배씩 증가하도록 설정했다. 예를 들어, Z 문명은 1031비트의 정보를 가진다.

: 1973년 지구는 0.7 H 문명으로, 1013비트의 정보에 접근할 수 있었다.

: 세이건은 Z 문명 수준의 정보량은 초은하단 내 모든 지적 생명체의 정보량을 초과하며, 현재 우주가 장거리 정보 교환을 효율적으로 할 만큼 충분히 오래되지 않았기 때문에, Z 문명은 아직 존재하지 않을 것이라고 추측했다.

: 정보와 에너지 축은 서로 직접적인 관련이 없으므로, Z 문명이 반드시 카르다쇼프 척도의 타입 Ⅲ 문명일 필요는 없다.

; 미크로 차원의 습득도

:; 제안자: 존 D. 배로우

: 존 D. 배로우는 거시적인 우주 조작보다는 미시적인 물리학 조작 능력, 즉 원자나 소립자 수준의 기술 정밀성을 기준으로 문명을 분류하는 것이 더 효과적이라고 제안했다. 그는 문명 단계를 타입 1 마이너스부터 타입 Ω 마이너스까지 역순으로 분류했다.

:; 타입 Ⅰ 마이너스: 기계공학 수준으로, 구조물 건설, 자원 채굴, 고체 결합 및 파괴 등 눈에 보이는 물체를 조작할 수 있는 단계이다.

:; 타입 Ⅱ 마이너스: 의용 생체 공학 수준으로, 유전자 조작, 세포 발달 변경, 신체 이식 및 교환, 유전 정보 판독 및 조작이 가능한 단계이다.

:; 타입 Ⅲ 마이너스: 화학 공학 수준으로, 분자 및 분자 결합을 조작하여 새로운 재료를 만들 수 있는 단계이다.

:; 타입 Ⅳ 마이너스: 나노기술 수준으로, 개별 원자를 조작하고 원자 규모의 나노기술을 구현하며 복잡한 인공 생명체를 창조할 수 있는 단계이다.

:; 타입 Ⅴ 마이너스: 핵물리학 수준으로, 원자핵 및 핵자를 조작할 수 있는 단계이다.

:; 타입 Ⅵ 마이너스: 소립자물리학 수준으로, 쿼크와 렙톤 등 소립자를 조작하여 복잡한 조직을 인공적으로 만들 수 있는 단계이다. 이는 인류가 도달 가능한 최고 수준의 기술 단계이기도 하다.

:; 타입 Ω 마이너스: 공간과 시간의 기본 구조 자체를 조작할 수 있는 단계이다.[116]

: 이 분류에 따르면, 인류 문명은 타입 Ⅲ 마이너스와 타입 Ⅳ 마이너스 사이의 단계에 있는 것으로 보인다.

5. 카르다쇼프 척도의 한계와 비판

카르다쇼프 척도는 외계 문명의 기술 수준을 에너지 사용량 기준으로 분류하지만, 여러 한계와 비판에 직면해 있다.

카르다쇼프는 초문명이 엄청난 양의 에너지와 정보를 방출하고, 수십억 년 동안 존재하며, 거대한 거대 구조물을 만들 것이라고 보았다. 그는 다이슨 구, 별의 궤도 변경, 분자 구름 활용, 심지어 은하 재구성과 같은 현상들이 고도로 발달된 문명의 활동일 수 있다고 제안했다.[2][11] 특히, 일정한 각속도로 회전하는 원반 형태의 거대 구조물에서 방출되는 특징적인 적외선(20 μm)을 탐지하는 것이 중요하며, 퀘이사나 은하 중심은 초문명의 존재를 증명하는 좋은 후보가 될 수 있다.[2]

활동 은하핵을 가진 M87 은하는 모든 파장에서 강력한 방사선원이다. 이러한 유형의 방사선은 카르다쇼프가 진보된 문명의 가능한 신호 중 하나로 간주했다.


카르다쇼프는 자신의 문명에 대한 기능적 정의에 비추어, 고도로 발달된 문명이 엄청난 규모의 질량과 에너지를 사용해야 한다고 결론 내린다. 그에 따르면, 우주의 팽창이 초문명의 지적인 활동의 결과가 아니라는 가설을 비난할 이유는 없다.[46]

윌리엄 I. 뉴먼과 칼 세이건은 에너지 소비 증가만으로는 문명의 진화를 설명할 수 없으며, 인구 증가와 행성 간 이동 수단의 수송 능력 제한을 고려해야 한다고 주장한다.[79]

카르다쇼프 척도는 에너지가 최고의 가치를 지녔던 냉전 시대의 지정학적 맥락에서 탄생했다.[26] 기예르모 A. 레마르샹은 카르다쇼프 척도에 대해 장거리 전방향 송신기의 비효율성, 기하급수적 에너지 소비 가정의 오류, 평범성의 원리, 과학적 증거 부족의 네가지 반박을 제시했다.[18]

5. 1. 에너지 소비 증가의 한계

열역학 법칙에 따르면, 문명이 소비하는 에너지의 상당 부분은 주변 복사 배경과 거의 같은 등급의 방사선으로 변환되어야 한다. 이러한 에너지 소비는 항성 공학 활동에 필요한 대량의 고체 물질을 필요로 한다.[7]

윌리엄 I. 뉴먼과 칼 세이건은 에너지 소비 증가만으로 문명의 진화를 설명할 수 없다고 지적하며, 인구 증가와 행성 간 이동 능력의 제한을 고려해야 한다고 주장한다. 이들은 은하 규모의 고대 문명이나 은하 제국은 존재하기 어렵지만, 식민지화된 행성 네트워크의 가능성은 있다고 결론 내린다.[79]

기예르모 A. 레마르샹은 카르다쇼프 척도에 대해 다음과 같은 네 가지 반박을 제시한다.[18]

반박내용
장거리 전방향 송신기의 에너지 소비 문제지향성 또는 간헐적 장치를 사용하면 훨씬 적은 에너지를 사용할 수 있으므로, 유형 II 또는 III 문명은 에너지 소비 외의 다른 요소로 정의될 수 있다.
기하급수적 에너지 소비 가정의 문제점인류 역사를 통해 볼 때, 기술 혁신마다 1인당 에너지 소비는 로지스틱 곡선을 그리며 포화점에 도달한다. 따라서 정상 상태 또는 제한된 성장이 더 가능성이 높다.
평범성의 원리존 리처드 고트의 계산에 따르면, 우리보다 훨씬 발전한 문명은 너무 드물어서 눈에 띄기 어렵다.[80]
인공 에너지원의 증거 부재M33, M81, 소용돌이 은하 등 여러 은하에서 인공 에너지원의 증거가 발견되지 않았다.



루이스 프라이 리처드슨은 인간의 공격성이 문명의 기대 수명을 예측 불가능하게 만들며, 대량 살상 무기로 인해 문명이 파괴될 수 있다고 주장한다.[18]

초인간주의자 폴 휴즈와 존 스마트는 유형 III 문명의 신호 부재를 문명의 자멸 또는 카르다쇼프 척도를 따르지 않는다는 가설로 설명한다.[22] 에너지 소비 증가는 기후 위기를 초래할 수 있으며, 지속 가능한 에너지 자원 확보의 불가능성은 유형 II 및 III 문명의 부재를 설명할 수 있다.[81]

졸탄 갈란타이는 장기간의 문명 프로젝트는 다른 생각과 윤리를 가진 문명의 존재를 상정하지 않는 한 불가능하다고 보며, 문명을 대규모 프로젝트 수행 능력에 따라 분류할 것을 제안한다.[22]

프리먼 다이슨은 열린 우주에서 유한한 양의 에너지로 통신과 생명이 영원히 지속될 수 있다고 주장하며, 지성이 문명 생존의 기본 매개변수이고 에너지는 더 이상 정의 요소가 아니라고 본다.[82]

산업 혁명과 같은 역사적 사례에서 볼 수 있듯이, 카르다쇼프 척도 단계 간의 전환은 사회적 격변을 동반할 수 있다. 유형 0에서 유형 I로의 전환은 맬서스 재앙과 같은 자원 고갈 문제로 인해 자멸의 위험을 수반할 수 있다는 추측이 있다.[94] 과도한 에너지 소비는 행성을 생명체에게 부적합하게 만들 수 있지만, 공학 및 기술 발전으로 이러한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 문명이 발전하면서 다른 행성을 식민지화하거나 오닐형 식민지를 건설하여 폐열 문제를 해결할 수 있다.

5. 2. 지구 중심적 사고

카르다쇼프 척도는 지구 문명의 발전 모델을 바탕으로 만들어졌기 때문에, 외계 문명이 지구와는 다른 방식으로 발전할 수 있다는 점을 고려하지 못한다는 비판이 있다.[18] 예를 들어, 에너지 소비량이 기하급수적으로 증가할 것이라는 가정은 인류 역사를 보면 설득력이 떨어진다. 각 기술 혁신은 로지스틱 곡선을 그리며 포화점에 도달하기 때문이다. 따라서 지속적인 성장보다는 안정적인 상태나 제한적인 성장이 더 현실적일 수 있다.[18]

장거리 전방향 송신에는 막대한 에너지가 필요하므로, 지향성 또는 간헐적 장치를 사용하면 훨씬 적은 에너지로 통신이 가능할 수 있다. 따라서 에너지 소비량 외에 다른 기준으로 문명을 정의해야 한다는 주장도 제기된다.[18]

평범성의 원리에 따르면, 우리보다 훨씬 발전한 외계 문명은 매우 드물기 때문에 눈에 띄지 않을 가능성이 높다.[80] 실제로 하버드 대학교와 부에노스아이레스에서 진행된 연구 및 청취 프로그램에서는 인공적인 에너지원의 존재에 대한 증거를 찾지 못했다.[18]

5. 3. 외계 문명 탐색의 어려움

카르다쇼프 척도에 따른 외계 문명 탐색은 여러 어려움에 직면해 있다. 우선, 기술적인 한계가 존재한다. 열역학 법칙에 따르면, 문명이 소비하는 에너지의 상당 부분은 복사 형태로 방출되어야 하며, 이는 흑체 복사와 유사한 스펙트럼 분포를 가질 것이다. 이러한 방사선을 탐지하는 것이 외계 문명을 찾는 방법 중 하나가 될 수 있지만, 이를 위해서는 항성 공학 활동에 필요한 대량의 고체 물질, 즉 "우주적 기적"이 필요하다.[7]

외계 문명 탐색 전략은 크게 두 가지 개념으로 나뉜다. 첫 번째는 "지구 쇼비니즘"으로, 문명이 현재 지구와 유사한 수준에서 안정화되거나 멸망한다고 가정한다. 이 경우, 강력한 복사원을 우선적으로 관찰하고, 이후 약한 방사원을 가진 객체에 초점을 맞추는 전략이 유효하다. 두 번째는 "진화적 개념"으로, 문명이 인류보다 훨씬 높은 수준으로 발전할 수 있다고 본다. 이 경우, 잘 알려지지 않은 전자기 스펙트럼 영역에서 새롭고 강력한 방사선을 탐색해야 한다. 특히, 은하 중심, 다른 은하, 퀘이사 등에서 나오는 단색 방사선 신호나 우주 마이크로파 배경 최대 강도에 가까운 밀리미터 파장 스펙트럼을 탐색하는 것이 중요하다. 또한, 다이슨 구와 같은 거대 구조물에서 방출되는 방사선을 포착하기 위해 지구보다 큰 직경의 전파 망원경이 필요하다.[7]

카르다쇼프는 초문명이 엄청난 양의 에너지와 정보를 방출하고, 수십억 년 동안 존재하며, 거대한 거대 구조물을 만들 것이라고 보았다. 그는 다이슨 구, 별의 궤도 변경, 분자 구름 활용, 심지어 은하 재구성과 같은 현상들이 고도로 발달된 문명의 활동일 수 있다고 제안했다.[2][11] 특히, 일정한 각속도로 회전하는 원반 형태의 거대 구조물에서 방출되는 특징적인 적외선(20 μm)을 탐지하는 것이 중요하며, 퀘이사나 은하 중심은 초문명의 존재를 증명하는 좋은 후보가 될 수 있다.[2]

그러나 외계 문명 탐색에는 윤리적인 문제도 존재한다. 카르다쇼프 척도는 에너지 소비를 기준으로 문명을 분류하지만, 이는 냉전 시대의 지정학적 맥락에서 비롯된 것이다.[26] 기예르모 A. 레마르샹은 카르다쇼프 척도에 대해 다음과 같은 네 가지 반박을 제시했다.[18]

반박내용
장거리 전방향 송신기의 비효율성매우 많은 에너지가 필요하며, 지향성 또는 간헐적 장치를 사용하면 훨씬 적은 에너지로 가능하다.
기하급수적 에너지 소비 가정의 오류인류 역사를 볼 때, 기술 혁신마다 포화점을 가진 로지스틱 곡선을 형성하므로 정상 상태 또는 제한된 성장이 더 가능성이 높다.
평범성의 원리우리보다 더 중요한 문명은 너무 드물어서 지배하고 눈에 띌 가능성이 없다.
과학적 증거 부족인공적인 에너지원의 존재에 대한 과학적 증거가 발견되지 않았다.



또한, 인류의 공격성, 대량 살상 무기의 위협,[18] 기후 위기, 지속 가능한 에너지 자원 확보의 어려움[81] 등도 외계 문명 탐색의 어려움을 더하는 요인이다. 졸탄 갈란타이는 장기간에 걸친 대규모 문명 프로젝트를 수행할 수 있는 능력에 따라 문명을 분류할 것을 제안하기도 했다.[22]

이러한 어려움에도 불구하고, 카르다쇼프 척도는 외계 문명 탐색 연구, 특히 SETI 프로그램에서 중요한 기준으로 활용되고 있다.[17]

6. 외계 문명 탐색과 카르다쇼프 척도

카르다쇼프 척도는 외계 지적 생명체 탐사(SETI) 프로젝트에서 외계 문명의 신호를 탐색하고 해석하는 데 중요한 기준으로 활용된다. 1964년 니콜라이 카르다쇼프는 "외계 문명의 정보 전송"이라는 논문에서 문명의 에너지 소비율에 따라 문명을 분류하는 방식을 처음 제시했다.[1] 그는 문명의 에너지 사용량을 기준으로 세 가지 유형으로 분류했다.[1]


  • 유형 I 문명: 지구와 거의 동일한 기술 수준으로, 약 4 x 1012 와트(W)의 에너지를 사용한다.[1]
  • 유형 II 문명: 태양이 방출하는 전체 에너지(약 4 × 1026 W)를 활용할 수 있다.[1]
  • 유형 III 문명: 은하 전체의 별들이 방출하는 에너지(약 4 x 1037 W)를 사용할 수 있다.[1]


카르다쇼프는 라디오 기술의 발전을 고려하여 1980년대 안에 유형 II 및 III 문명을 감지할 수 있는 안테나 건설이 가능할 것이라고 예측했다.[1] 그는 인공적인 신호의 특징을 조사하고, CTA-21, CTA-102와 같은 우주 라디오 소스를 잠재적인 외계 문명의 신호로 언급했다.[1] 또한, 별의 밀도가 높은 은하 중심이나 안드로메다 은하, 마젤란 은하 등 주변 은하를 탐색 대상으로 제안했다.[1]

1980년, 카르다쇼프는 외계 문명 탐색과 연구가 인류의 발전과 문화에 매우 중요한 문제라고 강조했다.[7] 그는 외계 문명의 지식은 우리보다 훨씬 클 것이며, 그들은 우리가 무엇을 하고 있는지 알고 있을 것이라고 추론했다.[7] 그는 문명을 "환경과 자신에 대한 정보를 획득하고, 이를 활용하여 유지 반응을 생성하는 능력이 있는 물질의 안정적인 상태"로 정의했다.[7]

카르다쇼프는 외계 문명의 전송을 고도로 발달된 문명 간의 정보 교환과 덜 발달된 문명의 수준을 높이기 위한 정보 전송의 두 가지 유형으로 구분했다.[46] 그는 인공적인 기원의 신호는 10~100 비트를 포함해야 하며, 우주 마이크로파 배경의 온도가 가장 낮은 영역에서 수신될 가능성이 높다고 보았다.[46] L. M. 긴딜리스는 신호를 인공적이라고 부르기 위한 두 가지 기준으로 소스의 인공적 본질과 통신을 위한 의도적인 설계를 제시했다.[52]

졸탄 갈란타이는 지능적인 외계 신호와 자연적인 신호를 구별하기 어려울 것이라고 주장하며, 우리가 외계 문명의 변화를 자연적인 원인의 결과로 간주할 수 있다고 말했다.[6] 알렉산더 L. 자이체프는 성간 메시지 전파가 문명이 사용하는 가장 가능성 있는 방법이라고 보았다.[54]

카르다쇼프는 1962년부터 SETI 연구 그룹의 일원으로 활동하며 외계 문명 탐색 회의를 조직했다.[55] 그는 인공 신호 탐색은 최대 광도를 가진 물체뿐만 아니라 상당한 질량을 가진 물체에도 집중해야 한다고 주장했다.[46] 그는 페르미 역설이 우리의 정보 부족과 관련이 있다고 보았다.[46][58]

카르다쇼프는 오즈마 계획과 같은 연구는 제1형 문명을 탐지할 수 없다고 믿었으며, SETI는 제2형 또는 제3형 문명의 강력한 전파 신호를 찾는 데 집중해야 한다고 생각했다.[22] 그는 CTA-21과 CTA-102를 잠재적인 외계 문명의 신호원으로 주목했지만, 이후 CTA-102는 퀘이사로 확인되었다.[56]

이후 프랭크 드레이크와 칼 세이건은 아레시보 천문대를 이용해 은하들을 탐색했고,[67][68] 카르다쇼프 등은 RATAN-600 전파 망원경을 사용했다.[68] 질 타터 등은 VLA을 사용하여 다이슨 구의 증거를 찾으려 했으나, OH/IR 유형의 별로 밝혀졌다.[68][71]

제임스 애니스는 은하들의 툴리-피셔 관계를 연구하여 제3 유형 문명의 후보를 찾았으나, 특이한 물체를 발견하지 못했다.[16][43] 페르 칼린센도르프는 더 큰 샘플의 은하들을 연구하여 일부 전파원이 제3 유형 문명의 증거일 수 있다고 결론 내렸다.[16] 2015년 연구에서는 카르다쇼프 III형 문명이 매우 희귀하거나 국부 우주에 존재하지 않는다는 결론이 내려졌다.[74]

카르다쇼프는 우주 통신의 물리적 가능성에 대한 우리의 무지가 크다고 지적하며, 전자기 스펙트럼의 극히 작은 부분만을 알고 있다고 말했다.[46] 그는 상세한 탐색 프로그램의 필요성을 강조하며, 궤도 공간에 배치된 간섭계를 이용한 관측을 제안했다.[46]

퀘이사나 펄서와 같은 천체들도 잠재적인 인공 신호원으로 간주되었으나, 펄서는 자연 현상으로 밝혀졌다.[59] 제임스 벤포드와 도미닉 벤포드는 펄서를 이용한 외계 문명 신호 탐색의 가능성을 조사하기도 했다.[78]

다이슨 구나 항성 엔진과 같은 거대 구조물은 카르다쇼프 척도 상 높은 단계의 문명이 존재한다는 증거가 될 수 있다.

6. 1. 한국의 SETI 연구 현황

한국천문연구원은 외계 지적 생명체 탐색(SETI) 연구를 진행하며, 국제적인 SETI 프로젝트에도 참여하고 있다.[64] 한국의 SETI 연구는 아직 초기 단계이지만, 전파 천문학 및 우주 과학 기술의 발전과 함께 성장할 것으로 기대된다.[64]

참조

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