1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达舍夫（Nikolai Kardashev）提出了一种划分宇宙中文明等级的方法，即以掌握不同能量等级为标准，具体如下：
·I型文明：掌握文明所在行星以及周围卫星能源的总和。
·II型文明：掌握该文明所在的整个恒星系统（太阳系）的能源。
·III型文明：掌握该文明所在的恒星系（银河系）里面所有的能源，并为其所用。
很显然，人类连I型文明也没达到，因为人类还未能控制地球上能够产生的最大的能量——核聚变。
爱因斯坦早在1905年就指明了人类可以获得的最大的能量所在，即将物质转化成能量。原子弹中的核裂变，以及氢弹中的核聚变，都是遵循的这个原理。人类控制核裂变是在原子弹诞生之前，因此在二战后，人类很快就开始利用核裂变发电了。比核裂变更有效获得能量的是核聚变。核聚变的原理和太阳发光的原理相同，它是将原子量较小的元素（在元素周期表中必须排在铁前面）快速碰撞，变成原子量较大的元素。在这个反应中，因为有质量的损失，所以将产生巨大的能量。
核聚变比核裂变有很多优势。首先，从理论上讲，在同等质量下，核聚变所产生的能量比核裂变高出上百倍，这也是氢弹的当量要比原子弹高出上百倍的原因。其次，核聚变所需的材料氘和氚在海水中大量存在，一升海水中的氘和氚如果完全发生核聚变反应，释放的能量相当于300升汽油的能量，这种能量可以说取之不尽，用之不竭。而用于核裂变的放射性元素在地球上的含量很有限。最后，核聚变反应没有放射性，因此更安全。目前人类对核电站最大的担心是万一出现故障而导致的核辐射。但遗憾的是，人类在发明核聚变武器氢弹之后60多年，依然没有能力控制核聚变反应。
最早提出核聚变的是著名的美籍俄罗斯物理学家乔治·伽莫夫，他在1928年，即人类发现核裂变之前就提出了核聚变的理论。伽莫夫认为，当两个核子足够接近时，强作用力可以克服静电力（也称为库仑障壁）结合到一起。一年后，英国物理学家罗伯特·阿特金森（Robert d\'Escourt Atkinson，1898—1982）和德国物理学家弗里茨·豪特曼斯（Fritz Houtermans，1903—1966）根据伽莫夫的这个理论，预见了当两个轻原子核中高速度下碰撞时，可能会形成一个更重的原子核，并且释放出大量的能量。1933年，英国科学家马克·奥利芬特（Mark Oliphant，1901—2000）发现用氢的同位素重氢和超重氢（卢瑟福把它们称为氘和氚）的原子核发生反应，可以获得巨大的能量。二战之前，伽莫夫和美籍匈牙利科学家爱德华·泰勒（Edward Teller，1908—2003）推导出了进行核聚变反应所必需的条件，即极高的温度。在人类制造出原子弹之前，根本无法达到核聚变所必需的高温，因此这项研究一直没有进展。原子弹被研制出来后不久，泰勒就利用原子弹爆炸形成的高温，实现了核聚变。1952年，第一颗氢弹试爆成功，其原理就是核聚变。人们发现，氢弹释放的能量是同样质量的原子弹的几十倍（由于氢弹可以做得比原子弹大，真正大氢弹的威力是后者的上百倍，甚至上千倍），但遗憾的是，氢弹里的核聚变反应是不可控的，释放的能量无法利用。不过，人类从那个时候开始，就致力于可控核聚变的研究。
核聚变反应需要几百万度的高温。在这样的温度下，没有任何容器可以“盛”参加反应的物质，因此，人类一方面知道地球上最多的能量所在，另一方面却无法利用。
我们都知道物质有三态：固态、液态和气态。其实当物质的温度高到一定程度后，就会处于等离子状态，这时电子基本上和原子核分开，处于游离状态的原子核就可以互相接近，开始核聚变反应。于是科学家就想到产生出高温的等离子体，让它们进行核聚变。至于怎么才能盛得住这样高温的物质，英国物理学家、诺贝尔奖得主乔治·佩吉特·汤姆森（George Paget Thomson，1892—1975）在1946年提出，利用箍缩
效应使等离子体离开容器壁，并加热到热核反应所需温度来实现可控核聚变反应。再后来，著名物理学家塔姆（Igor Tamm，1895—1971）和萨哈罗夫（Andrei Sakharov，1921—1989）提出，在环形等离子体中通以巨大电流，所产生的强大的极向磁场和环向磁场一起形成一个虚拟的容器，可以将等离子体约束在磁场内部。根据这个原理，物理学家发明了一种被称为托卡马克（Tokamak）的可控核聚变装置。Tokamak一词是俄文单词环形（тороидальная）、空腔（камера）、磁（магнитными）和线圈（катушками）的缩写，它最初是由苏联的阿齐莫维齐等人发明的。
▲图10.1 托卡马克核聚变装置
托卡马克虽然可以产生能量，但是维持强大的磁场却要大量消耗能量，因此从产生能量的效率来说，目前所有的托卡马克装置都是得不偿失的。不过好消息是，产生能量和消耗能量的比值（被称为Q值）在不断上升，也就是说，科学家可以用更少的电能产生出更多的核能。此外，在核聚变反应中，产生的能量大约有1/5可以利用，也就是说，Q值必须大于5，消耗的能量和获得的能量才平衡。再考虑到热能转换成电能，电能再转换成磁场的过程损失，国际上公认的能量收支平衡点Q必须达到10以上。而要使得核聚变发电具有商业竞争力，则Q值需要达到30。因此，目前实验阶段的核聚变和实用相去甚远，乐观的估计还需要30~40年的时间。
另一种实现可控核聚变的方法是采用极强的激光束打在固态氢原子靶球上，让它们发生聚变反应，不过产生极强的激光本身也需要巨大的能量。2014年2月，美国劳伦斯–利弗摩尔国家实验室的科学家宣布，经过数十年的研究，他们在激光可控核聚变方面取得了重大突破，聚变产生的能量第一次超过了激发聚变所需的能量。当然，这项技术距离实用还有非常大的距离，比如目前的成本高得让人难以接受。除了设备造价高昂之外，原料的成本也很高。就拿固态重氢或者超重氢来讲，因为要求绝对圆，一个直径2毫米的靶球造价就高达百万美元，不过劳伦斯–利弗摩尔实验室的成功至少让人类看到了利用可控核聚变获得能量的希望。
在历史上，科学家们有好几次觉得看到了可控核聚变的曙光，但是随后的十几年又证明路途还很遥远。渐渐地，很多人对它就不太抱希望了。然而，很多时候技术的突破就在一瞬间，此前没有任何征兆，或许核聚变就是如此。
实现可控核聚变的意义远不止获得足够多清洁能源那么简单，而是标志着人类文明水平将达到一个新的高度。目前采用化石能量推进的火箭最多把人送到火星或者金星附近的距离，不可能完成飞出太阳系的使命。如果人类能够像控制火一样自由地控制核聚变，至少在能量方面可以让人类在太阳系内自由地航行。
人类在挖掘和使用能量时，会带来很多好处，但是也带来了问题，比如今天大家担心的污染和全球变暖问题。而那些问题需要用新的技术来解决，而不是简单退回到过去。目前人类一年的发电量（2017）不过25拍瓦时，
相当于太阳10分钟照射到地球的能量。从人类目前利用能量的水平来看，技术发展的潜力还非常大。类似地，信息的利用也会带来巨大的负面作用，而人类也需要新的信息技术解决相应的问题，这个前景同样广阔。