Once etapas de la humanidad

Cómo se ha calculado la energía

La energía de cada etapa se ha calculado en tres pasos. Primero se decide de qué fuentes sale la energía en esa etapa, es decir, su mix energético, y cuánto aporta cada una; la suma de todas es la energía total con la que cuenta la humanidad. Después se calcula en qué momento se llegaría a ese total, y eso marca dónde empieza y dónde termina cada etapa. Por último, en el apartado siguiente, se mira cada fuente por separado, para comparar cuánto puede dar cada una y cuánto duraría si fuera la única.

1. El mix energético de cada etapa

Ninguna etapa vive de una sola fuente. Hoy la humanidad usa unos 20 TW, y esa cifra es la suma de muchas cosas: el petróleo de los coches, los barcos y los aviones; el gas y el carbón de las centrales eléctricas y las fábricas; la leña con la que todavía cocinan cientos de millones de personas; las presas, los paneles solares, los aerogeneradores y las centrales nucleares. En cada etapa cambia qué fuente pesa más, pero las anteriores no desaparecen de golpe: van perdiendo peso a medida que la nueva crece.

En las cuatro etapas del pasado, el mix sale de los datos históricos. En las del futuro es una hipótesis razonada, construida con una regla sencilla: cada fuente nueva crece hasta donde se lo permiten sus límites físicos y, cuando llega a ese techo, el crecimiento pasa a la siguiente. La solar y la eólica en la Tierra pueden dar cientos de teravatios, pero no mucho más sin cubrir el planeta de paneles. La fusión y la fisión en la Tierra chocan con el calor que desprenden, porque toda la energía que se usa acaba convertida en calor y el planeta solo puede disipar una cantidad limitada sin que cambie su clima. Por eso, a partir de la etapa 6, casi toda la energía nueva tiene que venir del espacio.

La lista siguiente muestra, para cada etapa, la energía total al final de la etapa y cómo se reparte entre las fuentes. La barra representa el reparto en porcentaje, no la cantidad. La cantidad total está escrita a la derecha, porque entre la primera etapa y la novena la energía se multiplica por un número de 37 ceros y ninguna barra podría mostrarlo.

Leída de arriba abajo, la lista cuenta la historia de la energía como una carrera de relevos. El músculo y la leña dominan durante casi toda la historia humana. Los combustibles fósiles los sustituyen en solo dos siglos. Las renovables y la energía nuclear tienen que sustituir a los fósiles en este siglo y el próximo. Y después, cada vez que una escala se queda pequeña, hay que saltar a la siguiente: del planeta al Sol, del Sol a las demás estrellas y de las estrellas a los agujeros negros. En la etapa 10 cambia además la forma de contar: ya no se habla de cuánta energía llega cada segundo, sino de cuánta queda en total, porque ya no llega ninguna nueva.

2. Cuándo empieza y termina cada etapa

Para las etapas del pasado, las fechas son históricas. Para las del futuro hay que suponer a qué ritmo crecerá el consumo. Durante los dos últimos siglos ha crecido de media alrededor de un 2 % al año. Parece poco, pero es un crecimiento compuesto, como el de los intereses de un depósito bancario: cada año se suma un 2 % sobre lo que ya había, no sobre la cantidad del principio. A ese ritmo, el consumo se duplica cada 35 años y se multiplica por 10 cada 116 años.

Con esa regla se calcula cuándo termina cada una de las primeras etapas del futuro: basta contar cuántas veces hay que multiplicar por 10 el consumo actual para llegar al total de la etapa. Para pasar de 20 a 200 TW, el total de la etapa 5, hay que multiplicar una vez por 10, y eso lleva unos 116 años. Para llegar a los 10¹⁷ W de la etapa 6 hay que multiplicar casi cuatro veces, unos 457 años. Y para llegar a toda la luz del Sol, la etapa 7, unas trece veces, unos 1.544 años. Si la inteligencia artificial acelerara el crecimiento hasta el 10 % anual, todo esto ocurriría unas cinco veces más deprisa: la etapa 5 terminaría en unos 25 años y la 7, en unos 320.

A partir de la etapa 8 esa regla deja de servir. Al 2 % anual, la humanidad necesitaría la energía de toda la galaxia en unos 2.800 años, pero ninguna nave puede recorrer la galaxia en ese tiempo: incluso a la velocidad de la luz se tardarían 100.000 años, y con sondas que viajen al 10 % o como mucho al 50 % de esa velocidad, entre un millón y 200.000 años. Por eso, desde la etapa 8, lo que decide cuándo termina cada etapa no es el ritmo de crecimiento, sino lo que tardan las sondas en llegar a las estrellas. La etapa 8 empieza en cuanto se aprovecha todo el Sol, hacia los 1.544 años, y la energía disponible va creciendo a medida que avanza la frontera de colonias, mucho más despacio que antes.

En las dos últimas etapas no decide nada de lo que hagamos: las fechas las pone el propio universo. Las estrellas dejarán de formarse dentro de unos 10¹⁴ años, un 1 seguido de 14 ceros, y ese es el final de la etapa 9. Los agujeros negros más grandes tardarán unos 10¹⁰⁰ años en evaporarse, y ese es el final de la etapa 10. Lo único que la humanidad, o lo que venga después, podría decidir es cómo repartir la energía que le queda a lo largo de ese tiempo.

La línea del tiempo muestra dónde empieza y dónde termina cada etapa. Está dividida en tres tramos porque las cifras son demasiado distintas para una sola regla: el primero cubre el pasado; el segundo, los próximos diez millones de años, y el tercero, todo lo demás, hasta más allá de 10¹⁰⁰ años. Los tres usan escala logarítmica, en la que cada marca multiplica el tiempo en lugar de sumarle, para que puedan verse a la vez los siglos y los eones.

3. Prueba otros ritmos de crecimiento

La calculadora permite cambiar el ritmo de crecimiento y ver cómo se mueven las fechas. La primera tabla dice en cuántos años se alcanzaría el total de cada etapa. La segunda dice cuánto duraría cada fuente si tuviera que cubrir ella sola todo el consumo mientras este sigue creciendo, y, en letra pequeña, cuánto duraría si el consumo se quedara en los 20 TW actuales.

Las fuentes de energía

Este apartado mira las fuentes de energía una por una: cuánto puede dar cada una, cuánto duraría si fuera la única y cuánta energía contiene cada kilo de combustible. Es la base del mix de cada etapa del apartado anterior.

Cuánto puede dar cada fuente por separado

El mix de cada etapa se entiende mejor si antes se mira cada fuente por su cuenta. Para compararlas hay que distinguir dos tipos de fuentes, porque funcionan de manera muy distinta.

Unas son caudales: dan una cantidad de energía cada segundo mientras existan, como un río que no deja de correr. La luz del Sol, el viento, el calor del interior de la Tierra o la leña que vuelve a crecer cada año son caudales. No se agotan por usarlos, pero tienen un techo: no pueden dar más energía por segundo de la que les llega. Ese techo se mide en vatios, que es energía por segundo.

Otras son depósitos: contienen una cantidad fija de energía y, cuanto más deprisa se gastan, antes se acaban, como el agua de un embalse al que no llega ningún río. El carbón, el petróleo, el uranio o el deuterio de los océanos son depósitos. Se miden en julios, que es la energía total que contienen. Las dos unidades están relacionadas de forma sencilla: un vatio es un julio cada segundo, así que un depósito de un millón de julios puede dar un vatio durante un millón de segundos, o un millón de vatios durante un segundo.

El primer gráfico compara los caudales: cuánta potencia puede dar como máximo cada uno. La línea discontinua marca lo que consume hoy la humanidad, unos 20 TW. Las fuentes que quedan a su izquierda no podrían sostener por sí solas la civilización actual; las que quedan a su derecha, sí.

El gráfico muestra por qué la historia de la energía es una sucesión de saltos. El músculo, los ríos, el viento y el calor de la Tierra se quedan cerca o por debajo del consumo actual. La leña podría dar unos 130 TW, pero solo si se quemara todo lo que crece en el planeta cada año, bosques, cultivos y plancton incluidos, lo que acabaría con la vida que lo produce. La luz solar que llega a la Tierra es enorme, unas 8.500 veces el consumo actual, pero aprovecharla toda obligaría a tapar el planeta entero; con paneles en un 5 % de la tierra firme se obtienen unos 300 TW, suficientes para la etapa 5 pero no para la 6. El verdadero salto está fuera: el Sol entero emite unos 20 billones de veces el consumo actual, la Vía Láctea unas 25.000 millones de veces más que el Sol, y el conjunto de galaxias alcanzables, unos mil millones de veces más que la Vía Láctea.

El segundo gráfico compara los depósitos: cuánta energía total contiene cada uno. Aquí la línea discontinua marca lo que gasta hoy la humanidad en un año entero, unos 6×10²⁰ J. Para saber cuánto duraría un depósito basta dividir su energía entre lo que se gasta cada año.

La tabla hace esa división de dos maneras. La primera columna dice cuánto duraría cada depósito si la humanidad siguiera consumiendo lo mismo que hoy, sin crecer. La segunda, cuánto duraría si tuviera que cubrir él solo todo el consumo de la etapa en la que se usa, que es mucho mayor.

La tabla explica el mix de cada etapa mejor que cualquier resumen. Los combustibles fósiles solo dan para unas pocas décadas, y por eso la etapa 5 tiene que sustituirlos. La fisión y la fusión parecen inagotables al ritmo actual, pero dejan de serlo cuando el consumo se multiplica: todo el deuterio de los océanos cubriría la etapa 6 durante unos 3 millones de años, y todo el de Júpiter y Saturno solo aguantaría unos 2.600 años al ritmo de la etapa 7. La razón es que el Sol produce en unas doce horas tanta energía como todo el deuterio de los océanos. Por eso, en cuanto se puede captar la luz de una estrella, esa luz domina el mix, y por eso, cuando las estrellas se apagan, lo único que queda son los agujeros negros.

Energía por kilo de combustible

Otra forma de comparar las fuentes es por la energía que contiene cada kilo de combustible. Cada gran salto de la humanidad ha llegado con una fuente nueva, no con un uso mayor de la anterior: el paso de la química a la física nuclear multiplica la energía de cada kilo por millones, y el paso de la física nuclear a la conversión directa de masa en energía, por cientos más.

Cómo serían los colectores solares en el espacio

Los colectores serían muy distintos según la etapa. En la etapa 5 y al principio de la 6 serían centrales solares en órbita alrededor de la Tierra: satélites con paneles de kilómetros de lado. En el espacio no hay noches, nubes ni atmósfera, y por eso cada metro cuadrado recibe a lo largo del año entre cinco y diez veces más energía que en el suelo. La energía se enviaría a la Tierra con un haz de microondas, que una gran antena receptora volvería a convertir en electricidad. La idea ya se ha probado a pequeña escala: en 2023, un satélite de prueba del Instituto Tecnológico de California (Caltech) transmitió energía de forma inalámbrica en el espacio y llegó a enviar una pequeña señal a la Tierra.

Al final de la etapa 6 hacen falta unos 1,7×10¹⁷ W. Con paneles que conviertan en electricidad un 30 % de la luz, eso exige unos 420 millones de kilómetros cuadrados de colectores, más de cuatro quintas partes de la superficie de la Tierra. Parece imposible, pero en el espacio los colectores no tienen que ser estructuras pesadas: no hay viento, ni lluvia, ni peso que soportar, y pueden ser láminas finísimas, de pocos gramos por metro cuadrado. Con 10 gramos por metro cuadrado, todo el material cabría en un asteroide de uno o dos kilómetros. Estos colectores no estarían alrededor de la Tierra, sino repartidos a lo largo de su órbita alrededor del Sol, por delante y por detrás del planeta.

En la etapa 7, para captar toda la luz del Sol, no se construiría una esfera sólida que lo envolviera: una estructura así sería inestable y ningún material conocido la resistiría. Se construiría un enjambre: miles de millones de colectores independientes, cada uno en su propia órbita, sin tocarse entre sí, como una nube de satélites alrededor del Sol. Lo más probable es que estuviera cerca de la órbita de Mercurio, donde la luz es casi siete veces más intensa que junto a la Tierra y hace falta mucha menos superficie. El material saldría del propio Mercurio: según el grosor de las láminas, bastaría con desmontar entre una milésima y una octava parte del planeta.

Construir algo así a mano sería imposible, pero no haría falta. Se usarían fábricas robóticas capaces de copiarse a sí mismas: una fábrica en Mercurio construye colectores, esos colectores dan energía para construir más fábricas, y así el ritmo de construcción se duplica una y otra vez. Con ese crecimiento, el enjambre podría completarse en siglos, o incluso en décadas. La mayor parte de la energía se usaría allí mismo, en industria y cálculo en el espacio, y la que hiciera falta en otros lugares viajaría en haces de microondas o de láser.

Visto desde lejos, el Sol se apagaría en luz visible y brillaría en infrarrojo, porque todos los colectores acaban soltando al espacio el calor que les sobra. Freeman Dyson, que propuso la idea en 1960, sugirió buscar civilizaciones extraterrestres precisamente así: estrellas que brillan demasiado en infrarrojo para la luz que emiten. En las etapas 8 y 9 se repetiría lo mismo en cada estrella colonizada: al llegar, una sonda empezaría a construir su propio enjambre con el material de ese sistema.

¿Y la Tierra no se quedaría a oscuras?

Es la primera duda que surge: si se capta la luz del Sol, ¿no dejaría de llegar a la Tierra, que se enfriaría hasta volverse inhabitable? Ocurriría si los colectores se pusieran en medio, porque la Tierra es muy sensible a la luz que recibe. Los estudios sobre parasoles espaciales contra el cambio climático calculan que bloquear en torno a un 2 % de la luz solar bastaría para enfriar el planeta tanto como lo calentaría duplicar el CO₂ de la atmósfera, unos tres grados. Si el enjambre tapara el Sol, la Tierra se helaría.

Pero no hace falta ponerse en medio. Vista desde el Sol, la Tierra es un blanco diminuto: ocupa tan poco cielo que solo recibe una parte de cada 2.200 millones de toda la luz que emite el Sol. El enjambre puede captar todo lo demás y dejar libre el estrecho cono de luz que va hacia la Tierra, como un hueco en la nube de colectores que acompaña al planeta a lo largo de su órbita. Por la misma razón, los colectores de la etapa 6 no estarían entre el Sol y la Tierra, sino por delante y por detrás del planeta en su órbita, donde no le hacen sombra.

Ese hueco sería una regla de diseño que no se podría romper, igual que no se construye una presa sin dejar pasar el caudal que necesitan los pueblos de río abajo. Y el mismo control tiene un lado útil: unos pocos espejos bien colocados podrían ajustar la luz que recibe la Tierra, por ejemplo para contrarrestar un calentamiento. El calor que sueltan los colectores tampoco llega a la Tierra: se va hacia el espacio profundo en forma de radiación infrarroja.

Por qué la fusión aparece tan poco en el mix

La fusión nuclear es casi inagotable, pero solo comparada con lo que consumimos hoy. Todo el deuterio de los océanos, que es el combustible que sabemos fusionar, daría para unos 25.000 millones de años al consumo actual. Pero en la etapa 6, que consume unas 8.500 veces más, duraría unos 3 millones de años, y al ritmo de la etapa 7 se acabaría en unas doce horas. Aunque se trajera el deuterio de Júpiter y Saturno, a ese ritmo solo daría para unos 2.600 años. La razón es que nosotros solo sabemos fusionar deuterio, que es escaso: aproximadamente uno de cada 6.400 átomos de hidrógeno. Las estrellas fusionan el hidrógeno normal, que es casi toda su masa, algo que solo consiguen gracias a su enorme gravedad.

Además, un porcentaje pequeño de un total enorme sigue siendo muchísimo. El 2,5 % de fusión de la etapa 6 equivale a unos 4.000 TW, más de 200 veces todo lo que consume hoy la humanidad.

Y, sobre todo, la luz del Sol también es energía de fusión. El Sol es un reactor de fusión gigantesco que ya funciona, que no hay que construir y que no gasta nuestro combustible. Captar su luz es aprovechar su fusión. En ese sentido, desde la etapa 6 casi toda la energía de la humanidad seguiría viniendo de la fusión: la del Sol, en lugar de la de reactores propios.

El reparto de la etapa 6 es, de todas formas, una apuesta. En esa etapa el deuterio de los océanos todavía daría para millones de años, y los reactores instalados en órbita no calentarían la Tierra, así que nada físico impide que la fusión aporte un 30 % o un 50 % de la energía. Aquí se ha supuesto que domina la luz solar porque fabricar láminas colectoras parece más sencillo que construir y mantener miles de reactores, pero es una suposición tecnológica, no un límite de la física. En la etapa 7, en cambio, no hay elección: a esa escala no existe deuterio suficiente, y la luz del Sol domina sí o sí.

Cómo interactuamos con el entorno

A lo largo de las etapas cambia algo más que la energía: la distancia entre lo que queremos hacer y lo que ocurre. Al principio hay que hacerlo todo con el cuerpo; después, con herramientas y máquinas; hoy basta con tocar un cristal. En las etapas siguientes bastaría con hablar, luego con pensar, y al final la frontera entre la mente y el mundo casi desaparece.

Esa tendencia tiene una consecuencia importante: cuanto más directa es la interacción, menos depende de las capacidades del cuerpo. Una persona que no puede usar las manos ya interactúa hoy con la voz; en las etapas del pensamiento y la materia programable, el cuerpo deja de ser una condición para actuar sobre el mundo.

De asistir a reparar, y de reparar a potenciar

Durante toda la historia, la tecnología ha servido para compensar lo que el cuerpo no podía hacer. Lo que cambia en las próximas etapas es el sentido de esa ayuda: primero repara el cuerpo y después lo supera.