主题：【原创】文明的标尺（一） -- beiba

首先是一个开放性的问题，衡量文明发展的标尺是什么？

这个系列将展开一些讨论。

前苏联科学家卡尔达肖夫提出了以他名字命名的文明等级划分：卡尔达肖夫指数。卡尔达肖夫将文明水平根据使用能量的能力分成三个等级：I型（行星级），II型（恒星级），III型（星系级）。这是一种粗略性的划分。

在用能量作为标尺划分文明时，回顾一下能量在文明发展中的脉络。

石器时代之前的远古人类和所有其他动物没什么两样，茹毛饮血，所能利用的能量就是生物能（植物果实、动物肉等），不会使用工具，对于自然环境几乎没有改造能力。

进入旧石器时代，人类开始使用工具，大约260万年前，在非洲，一些早期人类开始制作简单的石器。第一个被确定的产业是以坦桑尼亚奥杜瓦伊峡谷命名的奥多万产业，在这个产业中，狩猎采集者使用简单的石芯作为切碎器和锤子石，例如屠宰动物和压碎它们的骨头以获取有营养的骨髓，或捣碎植物和种子。奥多万人主要在非洲境内发现，但后来也在近东和东亚发现。劳动工具的使用，这标志着人类开始利用机械能，具备了一点改造自然环境的能力。

在200万年前人类只是一个边缘物种，甚至很弱小。直到100万年前，人类已经开始有了较发达的大脑，还能开始使用锋利的工具和石器，但仍然处于弱势，一直在躲避大型动物，主要靠采集以及追杀小动物为生，甚至去吃狮子和鬣狗吃剩下的食物。

距今80~100万年左右人类掌握了火，掌握了最初步的化学能。大约到了30万年前，很多人类已经开始生火做饭，火已经成了人类最有利的武器，那时候的原始人经常放火烧毁整片丛林，他们知道，大火过后，丛林就会变成原野，还会留下遍地的烤熟的猎物。用火烧制食物是非常重要的进步，这大大缩短了食物的消化时间，黑猩猩吃生肉要5个小时才能消化，而人类用火烧熟了，只要一个小时就能消化掉了。用火烹调还大大增加了食物的种类，以前很多不能吃的不消化的，火烧过之后都变得可以消化了。这逐渐缩短了人体肠道，减少了身体的耗能，让脑袋进化的更大了。

自从有了火这个武器，人类逐渐开始摆脱了食物链底层的地位。之前惹不起的狮子老虎，也开始见到火光绕着走了。

进入现代意义上的文明时代，火药，煤炭、石油的使用，都是化学能的延伸，都在分子层面。

工业革命以后，人类逐渐掌握了电能，这是在原子层面。

最近百年以内，人类开始使用核能，这是在原子核的层面，目前尚未完全掌握，可控核聚变永远只差50年。目前的核电站采用的是核裂变技术，原因是核裂变释放的能量密度低于核聚变，可控核聚变难度太高。核裂变的原料是不可再生资源。从地球可持续发展的角度看，可控核聚变是更好的选择，足够用到太阳进入下一个生命周期。

从能量的使用的角度，对地球上的文明分类，可以粗略的如下分级：

1（宏观生物能），2（机械能），3（分子级的化学能），4（原子级的电能），5（原子核的核能）

目前人类的文明发展在4.5阶左右。目前看，行星间常态旅行要求文明发展的能量使用水平到达5阶，化学能、电能的储能密度都太低了。

核能之后下一阶的能源是什么？这是一个问题。

信息也是一把衡量文明发展的标尺。

回顾一下信息在文明发展中的脉络。

按照目前科学界的普遍共识，生命体就是得有DNA的个体，只有RNA的如病毒，目前有争议但大多数也认可是一种特殊的生命。DNA，RNA,基因是遗传信息的载体。一个物种的灭绝，就是其遗传信息库在自然界丢失；而物种间的竞争，本质上是遗传信息库之间的竞争。

让我们回顾人类历史上几个关键的信息突变节点。

第一个关键突变是语言的产生，这在人类的祖先现代智人和尼安德特人的竞争中体现出来。

无论是从身体条件、脑容量，还是对非洲以北寒冷天气的适应性来看，现代智人相比尼安德特人都不具有任何优势，但是最终在上万年的生存竞争中，把后者挤出了历史的舞台，这里面可能有很多原因，最可能的一条是现代智人的语言表达能力更强。尼安德特人在FOXP2基因，也就是语言基因上和现代智人有差异。

在早期各种人类连同人类的近亲黑猩猩在FOXP2基因都是相同的，在500万年前分开逐步演化，可以想象，早期语言基因只能带来微弱的交流优势，古人类没有明显的生存竞争优势。

到了10~50万年前，积累的量变逐渐引发质变，FOXP2基因逐渐成熟，现代智人较强的语言能力带给了种群巨大的生存竞争优势。

观察大型食肉野生动物，一般群体规模少于30只，自然规律决定了缺乏有效的信息交流手段，更大的群体规模收益递减。而现代智人由于有了语言能力，群体规模可以达到200个，这个数量级对于其他竞争群体（无论是其他古人类还是狮、狼等）都是碾压性的。事实上，从考古证据看，几十万年前古人类就掌握了火，但仍然并非食物链顶层，直到大概7万年前现代智人才走出非洲，正式站上地球食物链顶层。

从更高的层次来看，语言的掌握，其实是人类这个物种信息库的一次升维。语言可以传承经验、知识，这些对物种生存发展有利的信息，和编码成ATPG的DNA上的信息，从信息论的角度，没有什么不同，唯一的差别就是信息传输的载体。语言是比基因更高效的信息载体。人类信息库多了一个传播维度。

文字的发明，是另一次关键的突变。目前大众共识就是，有文字记载的，才叫“文明”，其余的称不上文明，称为“原始人”或者“野蛮人”。

为什么文字如此重要？

语言是仅仅是空间上的信息传播，而文字是时空两个维度的信息传播，信息传递载体从空气转变为实物，人类信息库又多了一个传播维度。文字发展中的造纸术、印刷术等等，虽然极大的降低了信息传播成本，其实是同一维度的延伸。

工业革命到信息革命以来，电报、电话、互联网等等，其信息载体是电磁波，是又一次突变，人类信息库又多了一个传播维度。

如果按照信息传播载体的角度，对地球上的文明分类，可以粗略的如下分级：

1型（基因），2型（语言--空气），3型（文字---实物），4型（电磁波）

人类文明下一次质的飞跃，需要走到5型。比电磁波更高效的信息传输载体是什么？这是一个问题。

从自然界来看，可能还有两种额外的信息传输维度。第一种是信息素，类似蚂蚁之类动物采用信息素能非常有效的传递信息，人身上类似读心术和摄心术。第二是脑波，人身上类似心灵感应。

综合前两篇的结果，自然而然可以推理出，更适当的文明标尺是信息能耗比，每单位能量传递的信息量。

以基因为载体，采用血脉传承的方式，原始人假设15岁成年生育。今天一个成年男子一天需要的热量是8000千焦，如果生活在狩猎时代，可能要两倍16000千焦的热量，如果要养育后代估计更多，可能超过20000千焦，我们就假设平均一天摄入15000千焦。15年所需摄入的总能量就超过8百亿焦耳，换来一次遗传信息库迭代的机会，人体包含约31.6亿个碱基对，一个碱基对储存一个比特信息，血脉传承的上限是：0.038比特/焦耳。

这里还不考虑婴儿成活率、能否找到配偶等因素导致遗传信息无法迭代的实际情况，实际基因作为载体传递信息的效率会远远低于上述数值。

语言作为信息载体的信息能耗比也可以大概估计。一个10瓦的喇叭，每秒消耗10焦耳能量，人说话一般比喇叭小点，功率估计为1~5瓦，平均估计2瓦，每秒消耗2焦耳能量。

人们说话所产生的语音信号的带宽通常为300～3400Hz，经过数字化之后，最高频率按4KHz算，由奈奎斯特采样定理，采样频率至少为8KHz，假设每个采样点用8bit=1Byte表示，则未压缩每秒数据量为8KB。语言的信息能耗比是3.2万比特/焦耳。以上还只考虑一对一的交谈环境，一对多的环境能更进一步提升语言的信息能耗比。

语言作为载体，传递信息的效率远远高于基因。

事实上，当人类群体中语言普及之后，大部分时间人类在闲聊，信道带宽太富裕。而语言的误码率估计~10%/次，传10个人就走了样，有用信息就被淹没在噪声中。信息传输中纠错的成本变得很高。

文字相比语言，点对点信息传播没有成本优势，但是它的优势在于时间和空间维度的双重扩大。文字相比语言，还有更加优势的一点，就是传播过程中的误码率低了好几个数量级。例如《史记》这套书，超过两千年的时间跨度，空间跨度覆盖中华大地，总的阅读人次保守估计超过20亿，但是现代人还几乎可以读到原来的信息。

文字传输的信息能耗比比较难估计，因为从文字诞生到现在，几千年里科技发展跨度太大，而且信息量、能耗都极难量化。可以从另外一个角度来估算。原始人的部落人口规模一般在几千人，而封建时期中国大城市的人口就有百万级别，有几百倍的规模差距，这就是文明和原始的差距。支撑几百倍的人口差距，信息传输效率的差距也应该在这个量级。文字的信息能耗比估计在百万~千万比特/焦耳之间。

进入信息社会以来，电磁波为载体的信息能耗比，参考目前的计算机信息处理能力在10G比特/焦耳（矿机）。从当前集成电路工业发展的潜力看，可能还有10倍~100倍的成长空间。

回顾历史，以传递信息的信息能耗比作为标尺，大概可以把文明分为如下几个阶段：

1（1比特/焦耳），2（1万比特/焦耳），3（1亿比特/焦耳），4（万亿比特/焦耳）

目前人类文明发展的程度大概在3.5阶左右。

信息能耗比是一个比能量、信息都更好的，用于衡量文明发展程度的标尺，但是是否还有比它更好、更贴近文明底层发展逻辑的标尺？这是一个问题。

并且，如何定义生命和文明，这是一个值得深究的问题。

因为3型不应该只有文字，应该还有图像，总的来说属于光电的传播，也就是电磁波。

4型大概应是脑波。如果能接收某人的脑波探测他的意识/剽窃他的记忆，这足以改变人类社会的一切。

目前尚无实用，还停留在科幻阶段吧

速度取决于信噪比和带宽，从这两个地方突破。由于始终存在噪声，拓展带宽是更好的手段。想要带宽大就必须频率高，其实就是要一个速度快的信息载体。目前的理论架构里，最快的就是电磁波（光），包括引力的上限也是光速，所以很难突破速度上限了。

天花板虽然能看到，实际速度还是能继续提高的，所以4G以后的标准都是LTE——Long Term Evolution，有量变没有质变，5G不温不火也是一种证明。不知道能不能有质变。也许需要新的理论突破才能有质变吧。

因为电信号的传播媒介电磁波的粒子是光子属于非实物粒子，没有静止质量，可以更轻易的获得高速。事实上光子的速度就是速度极限的光速。但是存储媒介还是用的实物粒子的电子，普遍采用的物理量是电压，就是电子能量差，摩尔定律能生效就是依赖于更好的制程可以用更少的面积同时降低电压，扩大规模的同时降低了功耗。电子是质量最小的实物粒子了，再小就是光子，用光子来做存储媒介应该能获得更高的能耗比。

把精力用来考虑人这个高度智能化的机器上面，比那些无谓的政论好一万倍，人类之所以在进步，跟政论关系不大。

个人观点是：

文明的主体始终是人，对科学技术才有这样或那样的尺度去衡量。

所以文明等级应该以社会人群之间的交互关系去划分。

技术只是强化了效率，放大了边界，而没有改变本质。

完全没有涉及精神领域

并且是需要一些关键技术作为基础的。比如火的使用，比如文字的形成，比如高效的通讯。没有这些技术手段，无法提高人与人交往行为的层次。

同样内容的信息，传播成本越高，则文明越落后，越低则越先进。

互联网时代最恐怖之处在于信息基本上零成本传播。

如果未来元宇宙能成功，则不光是文字信息能零成本传播，甚至声光电，各种感觉也能零成本传播。这个时候共产主义能不能实现不知道，但是可以肯定，现在很多被我们视为”神明“的东西会被杀死。

写的是以核能为文明标准，却因为在本土，而非发展航天去地外试验从文明名单上被划掉。

其实这里唯一的问题就是，文明的标准，到底是生产技术、社会形态还是人心秩序？技术会不断淘汰，形态会不断跃进，而人心秩序至今没有实现。

要说对人心的掌握，现代传播学、市场营销等科目，已经发展得很好了。反倒是生物学方面，理论进展很慢。