Requisitos de entrada para una civilización Tipo n

He pasado mucho tiempo pensando en esto y en problemas relacionados. El rompecabezas causado por los vínculos multidimensionales entre el crecimiento y el progreso tecnológico ha sido difícil de resolver. Puede buscar a los gigantes en el campo del crecimiento, como Solow , Ramsey , Simon , Harrod , así como la Nueva Teoría del Crecimiento .

Frontera de posibilidades de producción

He llegado a pensar que el mejor marco para empezar a pensar en este tema es mediante el uso de una frontera de posibilidades de producción en expansión (también PPC).

Elegí esto porque ilustra maravillosamente la diferencia entre las mejoras de eficiencia de la tecnología existente (que, en el mejor de los casos, puede llevarlo al PPC) y el cambio a nuevos PPF a través del descubrimiento e implementación de nueva tecnología.

Aquí hay un ejemplo práctico (observe la escala de costos Y invertida):

Tecnologías de propósito general como elementos de cambio

Esto debería ser evidente, pero en realidad, esta frontera es una hiperesfera. La hiperesfera de la posibilidad humana, si quieres sonar un poco grandioso al respecto. Imagine las nuevas tecnologías como pequeños alfileres que empujan hacia afuera en la frontera. Ahora, la mayoría de las tecnologías (por ejemplo, los pequeños soportes de café de cartón en Starbucks) no tienen tanto impacto y solo empujan la frontera hacia afuera un poco a nivel local. Otras tecnologías, como el motor de combustión, la electricidad o las computadoras, son diferentes: estas tecnologías tienen un rango de aplicabilidad prácticamente ilimitado: pueden empujar la frontera hacia afuera en muchas direcciones a la vez, y mucho.

Aún más interesante, uno de esos cambios puede abrir el camino hacia otro. Los motores de combustión se utilizaron para generar electricidad barata y, finalmente, se utilizó electricidad barata para construir equipos eléctricos delicados, como computadoras. Luego, las computadoras se utilizaron para diseñar mejores motores de combustión, redes de distribución de energía, mejores computadoras, etc.

Visibilidad de Nuevas Posibilidades Tecnológicas

La pregunta fundamental es si alguna vez habrá rendimientos marginales decrecientes para la nueva investigación tecnológica.

En otras palabras, ¿fue solo suerte ciega que cada cambio de juego abriera el PPF para acceder al siguiente cambio de juego que expande el PPF, o es esta naturaleza de refuerzo un elemento fijo del progreso humano? En otras palabras, ¿es posible que lleguemos a un área en la que el próximo cambio de juego esté para siempre fuera del alcance de nuestro PPF más avanzado, digamos en la forma en que el poder de Fusion siempre parece estar a 50 años de distancia? Este podría ser el caso si algún conocimiento tecnológico requiere, por ejemplo, un coeficiente intelectual más allá del alcance de los humanos, o niveles de densidad de energía inalcanzables con la tecnología más avanzada.

Nuestra historia hasta ahora parece indicar que si hay rendimientos decrecientes, estamos muy, muy lejos de alcanzarlos. El concepto clave aquí es la visibilidad de las nuevas tecnologías . Por ejemplo, considere los brillantes saltos de conocimiento que puede lograr un genio: Leonardo Da Vinci podría usar conceptos existentes en su mundo para imaginar máquinas voladoras y tanques, conceptos que siglos más allá de la capacidad energética de su sociedad para implementar. A pesar de eso, estos fueron visibles para Da Vinci.

Por el contrario, no importa cuán brillante fuera Da Vinci, literalmente no tenía ninguna posibilidad de inventar la cromodinámica cuántica, porque los activos intelectuales cercanos al requisito previo estaban fuera de su PPF. Fue solo a través del empleo de medios de manipulación y medición de la realidad que consumen más energía que el descubrimiento de los aspectos sutiles de la realidad incorporados en QCD se hizo literalmente concebible. QCD era invisible para Da Vinci. Esto finalmente nos coloca en una posición en la que podemos responder a su pregunta.

Nuevos avances tecnológicos y puntos de vista en el camino hacia el nivel I de Kardashev

Alcanzar Kardashev Tipo I (10¹⁶W) es un objetivo enormemente ambicioso, ya que significaría aumentar nuestros recursos energéticos actuales por un factor de aproximadamente 10,000. Esto ya está tan lejos de nuestro PPF que es difícil incluso de imaginar. ¿Cómo sería el mundo si, ceteris paribus, en lugar de un consumo de energía promedio de EE. UU. de 10,0 kW (que se encuentra esencialmente en la frontera actual), tuviéramos un promedio de 100,0 MW? Esencialmente, tendrías el poder de un portaaviones de clase Nimitz en manos de Joe Everybody, y eso sin tener en cuenta las futuras ganancias de eficiencia, que probablemente también sean considerables. Piénselo, el poder que ejerce la nación más poderosa del planeta (solo hay una docena de estos gigantes en el mundo), estaría al alcance de la mano de Joe promedio.

Esto en sí sería un salto mayor que el que hemos dado en toda la historia hasta ahora: de una tasa metabólica basal de 100 W, llegamos a 10 000 W en la frontera, la mayoría utilizada para alimentar máquinas industriales y ayudantes robóticos. En realidad, ceteris paribus no se mantendría, por supuesto, por lo que, por ejemplo, la población humana probablemente aumentará mucho antes de llegar a Kardashev I, por lo que la cantidad per cápita probablemente será menor cuando alcancemos ese umbral, aunque las desigualdades en la distribución podrían significar que las personas podrían tener acceso a niveles muy por encima de eso antes.

Actualmente, existe una dimensión de PPF en explosión, donde la expansión no se ha ralentizado durante décadas:

Las implicaciones de este incesante progreso en el recurso más escaso de todos, a saber, la inteligencia, son sin duda vastas, pero su verdadera escala y los nuevos puntos de vista que seguramente abrirán siguen siendo insondables. Incluso un intelecto artificial de propósito especial marginalmente similar al humano cambiaría todo, probablemente más que todas las revoluciones anteriores combinadas.

Entonces, incluso en el camino hacia KI, hay tecnologías futuras que cambiarán el juego de las que tenemos visibilidad, como la energía de fusión, IA competentes dedicadas y de propósito general, y nanotecnología en toda regla. Los tres son revolucionarios masivos en las dimensiones de energía, conocimiento y fabricación, lo que podría ayudar a explicar su visibilidad relativamente fácil desde nuestra perspectiva. Seguramente habrá muchos otros que permanecerán invisibles, algunos entre ellos revolucionarios.

Ninguna de estas tecnologías se requiere literalmente para alcanzar Kardashev-I (como menciona el OP, en teoría podríamos alcanzarlo con algo muy parecido a la tecnología actual), pero es extremadamente poco probable que con aumentos masivos en la energía disponible y las nuevas ventajas que se abren. tales innovaciones no se buscarán, ya que aparecerán como frutos al alcance de la mano en ese nuevo contexto. Habiendo sido perseguidos, abrirán un ciclo virtuoso de hacer posible nuevas ganancias en la recolección de energía, mejor computación, etc., a su vez haciendo que otras tecnologías potenciales aparezcan como frutas al alcance de la mano, y así ad infinitum o hasta que la tasa marginal de retorno sea 0 .

Las escalas son bastante similares para cada componente que menciona: simplemente, a medida que tiene una mayor comprensión de todos esos campos, puede aprovechar más y más energía.

Los campos que mencionas tienen una especie de orden de fundamentalidad. La ingeniería es imposible sin la física; la física es imposible sin las matemáticas (como lo son muchas de las ciencias blandas). Entonces, esencialmente, cuanto mayor sea su comprensión de las matemáticas, más energía podrá aprovechar.

Para decirlo de otra manera, puedes tener a Einstein y Newton y todos los físicos famosos y combinar sus cerebros, pero a menos que también tengas algunos matemáticos trabajando en sus principios, tus científicos no pueden hacer nada significativo.

Para mí, las ciencias "suaves" no son tan necesarias aquí. El poder tiene que ver con la física, no con las personas: saber cómo el cerebro de alguien entiende y recuerda toda la física no te ayudará a construir un generador estelar gigante. El resto se desarrollará a un ritmo similar, pero con los campos más especializados/menos fundamentales rezagados un poco. Además de eso, dado que el aprovechamiento de la potencia se basa en la ingeniería, la capacidad de aprovechamiento de la potencia nunca puede elevarse por encima del nivel de la ingeniería, y probablemente seguirá el patrón de rezagarse un poco. Para su comodidad, proporcionaré un gráfico de barras:

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D|
e|   |
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t|   |        |           |               |
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   Maths   Physics   Engineering   POWER HARNESSED

Si cruzamos algunas líneas para representar los niveles de Kardashev, podemos ver que incluso es posible que una civilización tenga matemáticas uno o posiblemente incluso dos niveles por encima del nivel de su civilización:

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D|---------------------------------------------------- Kardashev III
e|   
v|   |
e|   |
l|   |        |
o|   |        |           
p|---|--------|-----------|--------------------------- Kardashev II
m|   |        |           |
e|   |        |           |               |
n|   |        |           |               |
t|---|--------|-----------|---------------|----------- Kardashev I
 |   |        |           |               |
 +-------+---------+-------------+-----------------+
   Maths   Physics   Engineering   POWER HARNESSED

Esto explica su punto de Star Trek: tal vez las tecnologías que les permiten viajar por el universo tan rápidamente se han refinado a través de la física y la ingeniería, por lo que en realidad no usan tanta energía: por lo tanto, la energía requerida todavía está disponible. cosechar. Han podido refinar esta tecnología porque tienen conocimientos de física e ingeniería más avanzados que su capacidad para aprovechar la energía. Probablemente pusieron a sus científicos a desarrollar viajes interestelares en lugar de generación de energía.

_{Y sí, estoy orgulloso de mis gráficos de barras ASCII.}

Muchas estructuras no escalan muy bien. Uno de los problemas más clásicos es la ley del cuadrado al cubo que limita la capacidad de una entidad para crecer más allá de un cierto tamaño. Si quiere ser más grande, necesita tener menos densidad. Sin embargo, una densidad más baja lo hace inaceptable para todo tipo de física (como las tormentas de arena).

A diferencia de la opinión de la respuesta de ArtOfCode, diría que cuanto más grande se vuelve una sociedad, más difíciles de distinguir son sus ciencias blandas y duras. Las ciencias blandas tienen que estar más codificadas (como las ciencias duras) para garantizar que los mensajes de las ciencias blandas no se distorsionen con las conexiones más débiles asociadas con una densidad más baja. Mientras tanto, las ciencias duras tienen que complicarse cada vez más, hasta que empiezan a parecer ciencias blandas. Para una comparación, eche un vistazo a una aplicación CFD ingenua que utiliza Navier-Stokes en una cuadrícula fija. Es un enfoque muy al estilo de la ciencia dura. Ahora mire un CFD moderno de alto rendimiento diseñado para responder preguntas reales sobre el flujo de aire a través de las turbinas. A menudo usan cosas como modelos Vortex Energy que, cuando lees sobre ellos,

Como ejemplo, considere una faceta de una civilización: compuestos:

• Clase < I: jugamos con materiales compuestos, pero el acero y el hormigón siguen siendo la columna vertebral de la construcción de nuestra civilización. Se podría argumentar que tanto el acero como el hormigón son compuestos, pero son muy simples.
• Clase I: es realmente difícil alcanzar la clase I consumiendo toda la energía que llega a su planeta. Es mucho más fácil llegar al espacio y construir una colección solar allí. El acero es agradable aquí, pero es un fastidio transportarlo desde el planeta en grandes cantidades, por lo que debe utilizar lo que tiene disponible. Dado que es poco probable que encontremos suficientes asteroides que contengan hierro para que esto suceda, recurriremos a materiales menos útiles y necesitaremos hacerlos útiles. Los compuestos son una excelente manera de obtener las mejores propiedades de múltiples materiales, por lo que se convierte en una necesidad aquí.
• Clase II: cuando comienza a hablar de esferas Dyson, realmente está presionando al límite de la resistencia a la tracción de sus materiales. Empiezas a necesitar composites. También comienza a necesitar una buena manera de mantener todo ese material, porque no puede simplemente tener una densidad estadounidense moderna de personas en todos los sentidos (comienza a empujar contra la ley del cuadrado al cubo nuevamente). En consecuencia, no solo necesita composites, sino que empieza a necesitar composites que se curen solos, como el esmalte de nuestros dientes.
• Clase III: en este punto, la gran cantidad de átomos necesarios comienza a convertirse en un factor limitante, lo que nos lleva a enfoques aún más escasos. Ni siquiera puedo imaginar qué tipo de materiales se usarán aquí, redes de polvo espacial o zarcillos delgados de materia oscura. Simplemente ni idea.

O considere la biología:

• Clase < I: Biología es ordenada. Aprendemos mucho de ello.
• Clase I: Necesitamos comprender realmente nuestra biología, porque estamos comenzando a convertirnos en el ecosistema, en lugar de ser parte de él.
• Clase II: la biología ahora se convierte en una forma de arte, el fino arte de construir estructuras autorreparables utilizando lo que entendemos de unos pocos millones de años de evolución. Las construcciones biológicas aquí literalmente muestran signos de los grupos individuales que las hicieron, porque son un arte, no una ciencia.
• Clase III: la biología se convierte en nada más que una plataforma de trabajo para una teoría más amplia que puede crear criaturas biológicas en los años luz vacíos. En realidad, nadie usa aminoácidos, pero puede haber alguna información almacenada sobre cómo funcionaron una vez.

¿Quién necesita un desarrollo avanzado? Establezca un montón de bases en el nivel de Tipo 1.5-2 en los sistemas solares y siga estableciéndolas y podrá obtener una sociedad de tipo 2-2.5. Y también, en la escala de Kardashev, la energía aprovechada debe multiplicarse por la eficiencia con la que usan la energía (es decir, cuánto trabajo pueden hacer), por lo que los equipos de baja potencia y alta tecnología contribuyen significativamente.