En sus últimos años, Carl Sagan hizo en una ocasión esta pregunta, “¿Qué significa para una civilización tener una antigüedad de un millón de años?. Nosotros hemos tenido radiotelescopios y naves espaciales durante solo unas pocas décadas; nuestra civilización técnica tiene solo unos pocos cientos de años… una civilización avanzada de millones de años de antigüedad está mucho más lejos de nosotros de lo que nosotros estamos de un pequeño arbusto o un macaco”.

Aunque cualquier conjetura sobre tales civilizaciones avanzadas es solo una especulación vacía, uno puede usar las leyes de la física para establecer unos límites superiores e inferiores de estas civilizaciones. En particular, ahora que las leyes en el campo de la teoría cuántica, relatividad general, termodinámica, etc., están bastante bien establecidas, la física puede imponer unos amplios límites físicos los cuales restringen los parámetros de estas civilizaciones.

Esta pregunta no va más allá de una frívola especulación. Dentro de poco, la humanidad puede sufrir un shock existencial cuando la actual lista de una docena de planetas extrasolares del tamaño de Júpiter crezca a cientos de planetas del tamaño de la Tierra, gemelos casi idénticos de nuestro hogar celeste. Esto nos puede llevar a una nueva era en nuestra relación con el Universo: nunca más veremos el cielo nocturno de la misma forma otra vez, dándonos cuenta que los científicos podrían finalmente recopilar una enciclopedia identificando las coordenadas precisas de quizá cientos de planetas similares a la Tierra.

Hoy día, cada pocas semanas traemos noticias de que se ha descubierto un nuevo planeta extrasolar del tamaño de Júpiter, el último encontrado está a unos 15 años luz de distancia orbitando la estrella Gliese 876. El más espectacular de estos descubrimientos fue fotografiado por el Telescopio Espacial Hubble, el cual tomó unas sobrecogedoras imágenes de una planeta a 450 años luz de distancia siendo disparado al espacio por un sistema estelar doble.

Pero lo mejor está por llegar. A principios de la próxima década, los científicos enviarán una nueva clase de telescopio, el telescopio espacial de interferometría, el cual usa la interferencia de los rayos de luz para amplificar el poder de resolución de los telescopios.

Por ejemplo, la Misión de Interferometría Espacial ( Space Interferometry Mission o SIM ), que será lanzada a principios de la próxima década, consta de múltiples telescopios situados a lo largo de una estructura de 10 metros. Con una resolución sin precedentes aproximándose al límite físico de la óptica, el SIM es tan sensible que casi desafía la imaginación: orbitando la Tierra, ¡puede detectar el movimiento de una linterna agitada por un astronauta en Marte!

El SIM, además, allanará el camino para el Buscador de Planetas Terrestres (Terrestrial Planet Finder), que será lanzado a finales de la próxima década, y que debería identificar aún más planetas similares a la Tierra. Este podrá analizar las 1 000 estrellas más brillantes en un radio de 50 años luz desde la Tierra y se centrará en los 50 a 100 sistemas planetarios más brillantes.

Todo esto, además, estimulará un esfuerzo activo en determinar si alguno de ellos puede albergar vida, tal vez algunos con civilizaciones más avanzadas que la nuestra.

Aunque es imposible predecir las características exactas de tales civilizaciones avanzadas, podemos analizar sus límites usando las leyes de la física. No importa cuantos millones de años nos separen de ellos, ellos deben obedecer también las leyes de hierro de la física, las cuales están ya lo bastante avanzadas como para explicar todo, desde las partículas subatómicas hasta la estructura a enorme escala del Universo, a través de 43 órdenes de magnitud escalonados.

La Física de las civilizaciones de Tipo I, II, y III

La Escala de Kardashov es un método propuesto en 1964 por el astrofísico ruso Nikolái Kardashov para medir el grado de evolución tecnológica de una civilización. Tiene las siguientes tres categorías, basadas en la cantidad de energía utilizable que una civilización tiene a su disposición, que se incrementan de manera exponencial. La escala tiene tres categorías llamadas Tipo I, II y III. Estos se basan en la cantidad de energía utilizable que una civilización tiene a su disposición, y el grado de colonización del espacio. En términos generales, una civilización de Tipo I ha logrado el dominio de los recursos de su planeta de origen, Tipo II de su sistema solar, y Tipo III de su galaxia.

La civilización humana se encuentra actualmente (año 2011) alrededor de 0,72, con los cálculos que sugieren que podemos alcanzar el estado de Tipo I en unos 100-200 años, de Tipo II en unos cuantos miles de años, y de Tipo III entre unos 100.000 a un millón de años.
En concreto, podemos clasificar las civilizaciones por su consumo de energía, usando los siguientes principios:

1) Las leyes de la termodinámica. Incluso una civilización avanzada está limitada por las leyes de la termodinámica, especialmente por la Segunda Ley, y puede por lo tanto ser clasificada por la energía de que dispone.

2) Las leyes de la materia estable. La materia bariónica (por ejemplo basada en protones y neutrones) tiende a reunirse en tres grandes agrupaciones: planetas, estrellas y galaxias. (Esto está bien definido por producto de la evolución galáctica y estelar, fusión termonuclear, etc.) De esta forma, su energía estará basada también en tres tipos distintos, y esto marca el límite superior de su tasa de consumo de energía.

3) Las leyes de la evolución planetaria. Cualquier civilización avanzada debe incrementar su consumo de energía más rápidamente que la frecuencia de catástrofes que amenacen la vida (por ejemplo impactos de meteoritos, glaciaciones, supernovas, etc.). Si crecen más lentamente, están condenados a la extinción. Esto marca el límite inferior para la tasa de crecimiento de estas civilizaciones.

En un artículo original publicado en 1964 en el Journal of Soviet Astronomy, el astrofísico ruso Nicolai Kardashev teorizó que las civilizaciones avanzadas deben estar agrupadas de acuerdo a tres tipos: Tipo I, II, y III, las cuales han llegado a dominar las formas de energía planetaria, estelar y galáctica, respectivamente. Kardashev calculó que el consumo de energía de estos tres tipos de civilización estarían separados por un factor de muchos miles de millones. ¿Pero qué tiempo llevará alcanzar la situación de Tipo II y III?.

Antes de lo que pensamos

El astrónomo de Berkeley Don Goldsmith nos recuerda que la Tierra recibe alrededor de una mil millonésima de la energía del Sol, y que los humanos utilizan solo una millonésima de esta. De modo que consumimos alrededor de una mil billonésima parte de la energía total del Sol. En la actualidad, la producción energética total de nuestro planeta es aproximadamente de 10 trillones de ergios por segundo. Pero nuestro crecimiento energético aumenta de forma exponencial, y por lo tanto podemos calcular cuánto nos llevaría alcanzar la situación de Tipo II o III.

Goldsmith dice, “Mira lo lejos que hemos llegado en el uso de la energía una vez que hemos comprendido cómo manipularla, cómo obtener combustibles fósiles, y cómo crear energía eléctrica a partir de la fuerza del agua, y así sucesivamente; hemos aumentado nuestro uso de energía en una cantidad extraordinaria en solo un par de siglos comparado con los miles de millones de años de existencia de nuestro planeta… y de la misma forma podría esto aplicarse a otras civilizaciones”.

El físico Freeman Dyson del Instituto para Estudios Avanzados estima que, en un plazo no mayor de 200 años*, deberíamos alcanzar la situación de Tipo I. De hecho, creciendo a una modesta tasa de un 1% por año, Kardashev estimó que solo nos llevaría 3 200 años alcanzar la situación de Tipo II, y 5 800 años la situación de Tipo III.

Vivir en una civilización de Tipo I, II, o III

Por ejemplo, una civilización de Tipo I es plenmente planetaria, ha dominado la mayoría de formas de energía de su planeta. Su producción de energía puede estar en orden de miles de millones de veces la producción actual de nuestro planeta. Mark Twain dijo una vez, ”Todo el mundo se queja del clima, pero nadie hace nada para cambiarlo“. Esto podría cambiar con una civilización de Tipo I, la cual tenga suficiente energía para modificar el clima. También tendrían suficiente energía para alterar el rumbo de terremotos, volcanes, y construir ciudades en los océanos.

Actualmente, nuestra producción de energía nos califica para el estado de Tipo 0. Derivamos nuestra energía no del aprovechamiento de fuerzas globales sino de la combustión de plantas muertas (por ejemplo petróleo y carbón). Pero ya podemos ver las semillas de una civilización de Tipo I. Vemos el comienzo de un lenguaje planetario (Inglés), un sistema de comunicación planetario (Internet), una economía planetaria (la forja de la Unión Europea), e incluso los comienzos de una cultura planetaria (medios de comunicación, TV, música rock, y películas de Hollywood).

Por definición, una civilización avanzada debe crecer más rápido que la frecuencia de catástrofes que amenacen la vida. El impacto de un gran meteorito o cometa tiene lugar una vez cada pocos miles de años, una civilización de Tipo I debe dominar el viaje espacial para desviar los escombros en un marco de tiempo que no suponga un problema. Las glaciaciones tienen lugar en una escala temporal de decenas de miles de años, por lo que una civilización de Tipo I debe aprender a modificar el clima dentro de este marco temporal.

Las catástrofes artificiales e internas deben ser también tenidas en cuenta. Pero el problema de la contaminación global es solo una amenaza mortal para una civilización de Tipo 0; una civilización de Tipo I que ha vivido durante varios milenios como civilización planetaria, necesariamente lleva a cabo un balance planetario a nivel ecológico. Los problemas internos suponen una amenaza seria recurrente, pero tienen miles de años en los que resolver conflictos raciales, nacionales y sectarios.

Finalmente, tras varios miles de años, una civilización de Tipo I agotará la energía de un planeta, y derivará su energía del consumo de la completa producción de energía de sus soles, o aproximadamente mil billones de trillones de ergios por segundo.

Con su producción de energía similar a la de una pequeña estrella, deberían ser visibles desde el espacio. Dyson ha propuesto que una civilización de Tipo II podría incluso construir una gigantesca esfera alrededor de su estrella para usar de forma más eficiente la producción de energía total. Incluso si tratasen de ocultar su existencia deben, por la Segunda Ley de la Termodinámica, emitir residuos de calor. Desde el espacio exterior, su planeta brillaría como el adorno de un árbol de Navidad. Dyson incluso ha propuesto buscar específicamente emisiones de infrarrojo (más que las de radio y TV) para identificar estas civilizaciones de Tipo II.

Quizá la única amenaza seria para una civilización de Tipo II sería la explosión cercana de una supernova, cuya súbita erupción podría chamuscar su planeta con un fulminante chorro de Rayos-X, matando todas las formas de vida. De esta forma, quizás la civilización más interesante es la de Tipo III, por ser verdaderamente inmortal. Han agotado la energía de una estrella individual, y han alcanzado otros sistemas estelares. Ninguna catástrofe natural conocida por la ciencia es capaz de destruir una civilización de Tipo III.

Enfrentados a una supernova vecina, tendrían distintas alternativas, tales como alterar la evolución de la gigante roja moribunda que está cerca de explotar, o abandonar ese sistema estelar y terraformar un sistema planetario cercano.

Sin embargo, hay límites para una civilización emergente de Tipo III. Finalmente, se chocaría con otra de las leyes de hierro de la física, la teoría de la relatividad. Dyson estima que esto podría retrasar la transición a una civilización de Tipo III quizá millones de años.

Pero incluso con la barrera de la luz, hay un número de caminos para expandirse a velocidades cercanas a la luz. Por ejemplo, la última medida de la capacidad de los cohetes se toma mediante algo llamado “impulso específico” (definido como el producto del empuje y la duración, medidos en unidades de segundos). Los cohetes químicos pueden alcanzar impulsos específicos de varios cientos a miles de segundos. Los motores iónicos pueden obtener impulsos específicos de decenas de miles de segundos. Pero para obtener velocidades cercanas a las de la luz, se debe alcanzar un impulso específico de aproximadamente 30 millones de segundos, lo cual está muy alejado de nuestra capacidad actual, pero no para una civilización de Tipo III. Una variedad de sistemas de propulsión podría estar disponible para sondas de velocidad sub-luz (tales como motores de fusión ram-jet, motores fotónicos, etc.)

Fuente: http://extraplanetario.obolog.com/fisica-civilizaciones-extraterrestres-261718