[유환의 에너지 이야기]우린 어디까지 왔을까?···문명을 가르는 '카르다쇼프 척도'

[이코노믹데일리] 우리나라에선 2021년 기준으로 1인당 연간 1만959킬로와트시(㎾h)를 사용했다. 같은 시기 북유럽 부국 노르웨이는 1인당 2만4182㎾h, 최빈국 시에라리온은 1인당 12㎾h를 썼다. 부유하고 잘 살수록 에너지 소모량이 많다는 얘기인데 이는 문명의 단계를 나누는 '카르다쇼프 척도'에도 동일하게 적용된다.

카르다쇼프 척도는 에너지 사용량을 기준으로 문명의 수준을 판가름하는 지표다. 사용량이 많을수록 더 높은 단계의 문명으로 평가된다. 소비에트연방의 천문학자 니콜라이 카르다쇼프가 1964년 처음으로 제안했으며 I유형부터 III유형까지 3단계로 나뉘어져 있다.

I유형은 행성의 지표면에 전해지는 에너지를 100% 이용하는 유형이다. 행성급 문명으로도 불린다. 현재 인류 문명이 도달해 가는 지점이며 세계적인 천문학자 칼 세이건은 인류가 0.75 수준에 도달했다고 평가했다. 다만 1.0까지 수치가 기하급수적으로 늘어나기 때문에 현재보다 약 500배 더 많은 에너지를 써야 I유형에 도달할 수 있다.

유력하게 여겨지는 방안은 '핵융합' 등 차세대 발전 방식을 이용하는 것이다. 태양광, 원자력 등 현재 발전 기술은 비효율적이거나 우라늄 같은 희소한 자원을 써야 한다. 그러나 핵융합은 우주에서 가장 흔한 원소인 수소를 이용해 발전할 수 있으므로 무한에 가까운 에너지를 얻을 수 있다.

II유형은 항성의 에너지를 자유자재로 다루는 게 기준이다. 즉 태양의 에너지를 손실 없이 쓸 수 있는 상태에 해당한다. 사실상 태양계를 정복하고 은하계 개척에 나서는 단계다.

이를 위한 구조물로는 '다이슨 구체'가 유명하다. 태양 자체를 구형 구조물로 감싸 모든 에너지를 활용한다는 개념으로 1960년 프리먼 다이슨이 제안했다. 다만 현실적으로 태양계 내 모든 지구형 행성을 합쳐도 태양을 감쌀 수 없다. 최근 태양 주변을 위성으로 뒤덮고 전기를 지구로 쏘아 보내는 등의 다양한 다이슨 구체가 구상되고 있는 이유다.

III유형은 은하의 에너지를 이용하는 경우다. 블랙홀을 중심으로 회전하는 은하 그 자체를 에너지원으로 쓸 수 있는 상황에 해당한다. 현재는 물리학의 한계로 구체적인 방안조차 고려되지 않는 영역이다.

일각에선 이를 근거로 외계 문명이 없다고 주장하기도 한다. 에너지를 사용하면 고유한 복사 에너지를 방출하는데 아직 관측되지 않았기 때문이다. 즉 직경 930억 광년의 '관측 가능한 우주'에서 I유형이나 그 이상으로 진입한 문명이 없다는 말과 동일하다.