17/03/2013
Quão avançadas elas poderiam ser?
Por Michio Kaku
1ª. Parte
Em seus últimos anos, Carl Sagan fez, em uma ocasião a seguinte pergunta: “Que significa para uma civilização ter a idade de um milhão de anos? Nós obtivemos radiotelescópios e naves espaciais há apenas umas poucas décadas; nossa civilização técnica tem apenas umas poucas centenas de anos... Uma civilização avançada de milhões de anos está muito mais longe de nós do que nós estamos de um pequeno arbusto na forma de um símio”.
Ainda que qualquer conjectura sobre tais civilizações avançadas seja só uma especulação, penso que podemos usar as leis da Física para estabelecer os limites superiores e inferiores destas civilizações.Em particular, agora que as leis no campo da Teoria Quântica, Relatividade Geral, Termodinâmica, etc., estão bastante bem estabelecidas, a Física pode impor amplos limites físicos os quais restringem os parâmetros destas civilizações.Esta pergunta não vai mais além de uma frívola especulação. Dentro de pouco, a humanidade pode sofrer um choque existencial quando a atual lista de uma dezena de planetas extra-solares do tamanho de Júpiter cresça a centenas de planetas do tamanho da Terra, gêmeos quase idênticos de nosso lugar celeste.Estamos iniciando o uso de uma nova classe de telescópio, O telescópio espacial de interferometria, o qual usa a interferência de os raios de luz para amplificar O poder de resolução de os telescópios.Por exemplo, a Missão de Interferometria Espacial (Space Interferometry Mission o SIM) consta de múltiplos telescópios situados ao largo de uma estrutura de 10 metros. Com uma resolução sem precedentes aproximando-se do limite físico da óptica. O SIM é tão sensível que quase desafia a imaginação: orbitando a Terra, pode detectar o movimento de uma lanterna agitada por um astronauta em Marte!O SIM, ademais, pavimentará o caminho para o Buscador de Planetas Terrestres (Terrestrial Planet Finder), que deverá identificar ainda mais planetas similares a Terra. Este poderá analisar as 1.000 estrelas mais brilhantes em um raio de 50 anos luz desde Terra e se centrará nos 50 a 100 sistemas planetários mais brilhantes.Tudo isto estimulará um esforço ativo em determinar se algum deles pode albergar vida, talvez alguns com civilizações mais avançadas que a nossa.Ainda que seja impossível predizer as características exatas de tais civilizações avançadas, podemos analisar seus limites usando as leis da Física. Não importa quantos milhões de anos nos separem deles, eles devem obedecer também às leis “de ferro” da Física, as quais estão já o bastante avançadas para explicar muito, desde as partículas subatômicas até a estrutura em enorme escala do Universo.
A Física das civilizações de Tipo I, II, e IIIEm concreto, podemos classificar as civilizações por seu consumo de energia, usando os seguintes princípios:
1) As leis da termodinâmica: inclusive uma civilização avançada está limitada pelas leis da termodinâmica, especialmente pela Segunda Lei, e pode, portanto ser classificada pela energia de que dispõe.
2) As leis da matéria estável: a matéria bariônica (baseada em prótons e nêutrons) tende a reunir-se em três grandes agrupamentos: planetas, estrelas e galáxias. Isto está bem definido pelo produto da evolução galáctica e estrelar, fusão termonuclear, etc.
3) As leis da evolução planetária: qualquer civilização avançada deve incrementar seu consumo de energia mais rapidamente que a freqüência de catástrofes que ameacem a vida (por exemplo, impactos de meteoritos, glaciações, supernovas, etc.). Se crescem mais lentamente, estão condenados à extinção. Isto marca O limite inferior para a taxa de crescimento de estas civilizações.
Em um artigo original publicado em 1964 no Journal of Soviet Astronomy, o astrofísico russo Nicolai Kardashev teorizou que as civilizações avançadas devem estar agrupadas de acordo com três tipos: Tipo I, II, e III, as quais chegaram a dominar as formas de energia planetária, estrelar e galáctica, respectivamente. Kardashev calculou que o consumo de energia destes três tipos de civilização estariam separados por um fator de muitos milhares de milhões. Porem, que tempo levará alcançar a situação de Tipo II e III?.
O astrônomo de Berkeley Don Goldsmith nos recorda que a Terra recebe ao redor de uma bilionésima parte da energia do Sol, e que os humanos utilizam só uma milionésima parte desta. De modo que consumimos ao redor de uma trilhonésima parte da energia total do Sol. Na atualidade, a produção energética total de nosso planeta é aproximadamente de 10 trilhões de ergs por segundo. Porém nosso crescimento energético aumenta de forma exponencial, e, portanto podemos calcular quanto nos levaria alcançar a situação de Tipo II ou III.
Goldsmith disse: “Veja quão longe chegamos no uso da energia uma vez que compreendemos como manipular, como obter combustíveis fósseis e como criar energia elétrica a partir da força da água, e assim sucessivamente; temos aumentado nosso uso de energia em uma quantidade extraordinária em apenas um par de séculos comparado com os milhares de milhões de anos de existência de nosso planeta... e da mesma forma poderia isto se aplicar a outras civilizações”.
O físico Freeman Dyson estima que, em um prazo não maior do que 200 anos, deveríamos alcançar plenamente a situação de Tipo I. Deste modo, crescendo a uma modesta taxa de 1% por ano, Kardashev estimou que levaríamos 3.200 anos para alcançar a situação de Tipo II, e 5.800 anos a situação de Tipo III.
Por exemplo, uma civilização de Tipo I é plenamente planetária, dominou a maioria de formas de energia de seu planeta. Sua produção de energia pode estar em ordem de milhares de milhões de vezes a produção atual de nosso planeta. Mark Twain disse uma vez: ”Todo mundo se queixa do clima, porém ninguém faz nada para mudá-lo“. Isto poderia mudar com uma civilização de Tipo I, a qual tenha suficiente energia para modificar o clima. Também teriam suficiente energia para alterar o rumo de terremotos, vulcões, e construir cidades nos oceanos.
Atualmente, nossa produção de energia nos qualifica para o estado de transição do Tipo 0 para a consolidação do Tipo I. Derivamos nossa energia não do aproveitamento de forças globais, mas da combustão de plantas mortas (por exemplo, petróleo e carbono). Porém, já podemos ver as sementes de uma civilização de Tipo I. Vemos o começo de uma linguagem planetária (Inglês), um sistema de comunicação planetário (Internet), uma economia planetária (a força da União Européia, por exemplo), e inclusive os começos de uma cultura planetária (meios de comunicação, TV, música rock, e cinema).
Por definição, uma civilização avançada deve crescer mais rápido que a freqüência de catástrofes que ameacem a vida. Como o impacto de um grande meteorito ou cometa tem lugar uma vez a cada poucos milhares de anos, uma civilização de Tipo I deve dominar a viagem espacial para desviar os escombros em um lapso de tempo que elimine o problema. As glaciações têm lugar em uma escala temporal de dezenas de milhares de anos: então civilização de Tipo I deve aprender a modificar o clima dentro deste marco temporal.
2ª. Parte
As catástrofes artificiais e internas devem ser também levadas em conta. Porém o problema da contaminação global é só uma ameaça mortal para uma civilização de Tipo 0; uma civilização de Tipo I que tenha vivido durante vários milênios como civilização planetária, necessariamente leva a cabo um desequilíbrio planetário em nível ecológico. Os problemas internos supõem uma ameaça séria recorrente, porém têm milhares de anos de existência nos quais podem resolver conflitos raciais, nacionais e sectários.
Finalmente, depois de vários milhares de anos, uma civilização de Tipo I esgotará a energia de um planeta, e derivará sua energia do consumo da completa produção de energia de seus sóis, ou aproximadamente mil bilhões de trilhões de ergs por segundo.
Com sua produção de energia similar a de uma pequena estrela, deveriam ser detectáveis desde o espaço. Dyson propôs que uma civilização de Tipo II poderia inclusive construir uma gigantesca esfera ao redor de sua estrela para usar de forma mais eficiente a produção de energia total. Desde o espaço exterior, seu planeta brilharia como um árvore de Natal. Dyson inclusive propôs buscar especificamente emissões de infravermelho (mais que as de rádio e TV) para identificar estas civilizações de Tipo II.
Talvez a única ameaça séria para uma civilização de Tipo II seria a explosão próxima de uma Supernova, cuja súbita erupção poderia chamuscar seu planeta com um fulminante jorro de Raios-X, matando todas as formas de vida. Desta forma, talvez a civilização mais interessante é a de Tipo III, por ser verdadeiramente imortal. Esgotaram a energia de uma estrela individual, e então alcançaram outros sistemas estelares. Nenhuma catástrofe natural conhecida pela ciência é capaz de destruir uma civilização de Tipo III.
Para enfrentar uma Supernova vizinha, teriam distintas alternativas, tais como alterar a evolução da gigante vermelha moribunda que está à beira de explodir, ou abandonar esse sistema estelar e terraformar um sistema planetário diverso.
Sem dúvida, há limites para uma civilização emergente de Tipo III. Finalmente, se chocaria com outra das “leis de ferro” da Física, a Teoria da Relatividade. Dyson estima que isto poderia ser um obstáculo para a transição a uma civilização de Tipo III de talvez milhões de anos.
Porém, mesmo com a barreira da velocidade luz, há um número de caminhos para expandir-se a velocidades próximas à da luz. Por exemplo, a última medida da capacidade dos foguetes se toma mediante algo chamado “impulso específico” (definido como o produto do empuxo e a duração, medidos em unidades de segundos). Os foguetes químicos podem alcançar impulsos específicos de várias centenas a milhares de segundos. Os motores iônicos podem obter impulsos específicos de dezenas de milhares de segundos. Porém para obter velocidades próximas à da luz, se deve alcançar um impulso específico de aproximadamente 30 milhões de segundos, o qual está muito longe de nossa capacidade atual, porém não para uma civilização de Tipo III. Uma variedade de sistemas de propulsão poderia estar disponível para sondas de velocidade extremas (tais como motores de fusão, motores fotônicos, etc.).
Devido a que a distância entre estrelas é tão enorme, e o número de sistemas solares não aptos para a vida seja tão grande, uma civilização de Tipo III se encontraria com o seguinte dilema: Qual é a forma mais eficiente de forma matemática para explorar as centenas de milhares de milhões de estrelas da galáxia?
Na ficção científica, a busca de mundos habitáveis tem sido imortalizada por heróicos capitães que comandam valentemente uma solitária nave estelar, ou como os assassinos Borg, uma civilização de Tipo III que absorve uma menor civilização de Tipo II (como a Federação). Sem dúvida, o método matematicamente mais eficiente para explorar o espaço é bastante menos glamouroso: enviar flotilhas de “sondas Von Neumann” através da galáxia (chamadas assim em homenagem a John Von Neumann, que estabeleceu as leis matemáticas dos sistemas auto-replicantes).
Uma sonda Von Neumann é um robô desenhado para alcançar sistemas estelares muito distantes e criar fábricas que reproduziriam cópias de si mesmas aos milhares. Uma lua morta é um destino ideal para uma sonda Von Neumann, muito mais que um planeta, devido a que se pode aterrissar e se lançar mais facilmente delas, e também devido a que estas luas geralmente não apresentam mais problemas de erosão. Estas sondas viveriam do solo, usando os depósitos naturais de ferro, níquel, etc., para criar a matéria prima com o que construiriam uma fábrica de robôs. Criariam milhares de cópias de si mesmos, com o qual poderiam dispersar-se e seguir a busca em outros sistemas estelares.
De forma similar a como um vírus coloniza um corpo com um tamanho de várias vezes o seu, finalmente teríamos trilhões de sondas Von Neumann expandindo-se em todas direções, crescendo a uma fração da velocidade da luz. Desta forma, inclusive uma galáxia de 100.000 anos-luz de tamanho poderia ser completamente analisada em, digamos, meio milhão de anos.
Se uma sonda Von Neumann só encontra evidências de vida primitiva (tais como uma inestável e selvagem civilização de Tipo 0) simplesmente permaneceria na lua, esperando em silêncio que a civilização de Tipo 0 evolucione a uma civilização estável de Tipo I. Depois de esperar pacientemente durante alguns milênios, se ativariam quando a emergente civilização de Tipo I seja o bastante avançada para estabelecer uma colônia lunar. O Físico Paul Davies da Universidade de Adelaide propôs a possibilidade de que uma sonda Von Neumann descansou em nossa lua, numa visita prévia a nosso sistema há milhares de anos atrás.
