Aby wiedzieć, czy życie istnieje poza Ziemią, musimy poradzić sobie z naszym własnym znaczeniem we wszechświecie. Czy jesteśmy czymś wyjątkowym, czy nic specjalnego?
Wszyscy żyjemy na małej planecie krążącej wokół gwiazdy w średnim wieku, która jest jedną z około 200 miliardów gwiazd w ogromnym wirze materii, który tworzy galaktykę Drogi Mlecznej. Nasza galaktyka jest prawdopodobnie jedną z kilkuset miliardów podobnych struktur w obserwowalnym Wszechświecie, a jej zasięg we wszystkich kierunkach od nas wynosi obecnie ponad 270 000 000 000 000 000 000 000 (2,7 × 1023) mil.
Według jakichkolwiek marnych ludzkich standardów wszechświat to ogromna ilość materii i ogromna ilość przestrzeni. Nasz gatunek powstał w mało znaczącym momencie kolosalnej historii i wydaje się, że będzie jeszcze dłuższa przyszłość z naszym udziałem lub bez.
Próby zdefiniowania naszej pozycji, ustalenia naszego znaczenia mogą wydawać się jakimś przerośniętym żartem. Musimy być potwornie głupi, jeśli wyobrażamy sobie, że w ogóle możemy znaleźć dla siebie jakiś sens.
Jednak staramy się to zrobić, pomimo naszej pozornej przeciętności, która stała się widoczna, gdy renesansowy naukowiec Nikola Kopernik około 500 lat temu przestał uważać Ziemię za centrum Układu Słonecznego. Jego idea stała się jednym z największych odkryć naukowych ostatnich kilkuset lat, a także ważnym wyznacznikiem na naszej drodze do zrozumienia wewnętrznej struktury kosmosu i natury realnego świata.
Próbując oszacować naszą wartość, stajemy przed zagadką: niektóre odkrycia i teorie sugerują, że życie może być zwyczajne i zwyczajne, podczas gdy inne mówią coś przeciwnego. Jak powinniśmy zacząć składać w całość naszą wiedzę o kosmosie - od bakterii po Wielki Wybuch - aby wyjaśnić, czy jesteśmy ważni, czy nie? A gdy dowiadujemy się więcej o naszym miejscu we wszechświecie, staramy się zrozumieć, co to wszystko oznacza dla naszych prób sprawdzenia, czy w kosmosie są inne żywe istoty? Jakie będą nasze kolejne kroki w tym kierunku?
Co wiemy
Film promocyjny:
W XVII wieku kupiec i naukowiec Antony van Leeuwenhoek, używając własnych ręcznie wykonanych mikroskopów, jako pierwszy zobaczył bakterie - podróż, która zabrała go do obcego świata mikrokosmosu. To niezwykłe zejście, to zejście po schodach wymiarów fizycznych do tętniącego życiem świata w nas, było pierwszym krokiem do zrozumienia, że składniki naszego ciała, nasza masa struktur molekularnych, istnieją na drugim końcu spektrum skali biologicznej. Wątpię, czy przed niesamowitym odkryciem Levenguka ludzie mieli okazję pomyśleć o tym fakcie, nie na poziomie powierzchownym, ale na jakimś innym, głębszym poziomie.
Bakterie Streptococcus pyogenes
Na Ziemi są organizmy, które są fizycznie większe i masywniejsze niż my - spójrz na wieloryby lub drzewa. Jednak jesteśmy znacznie bliżej górnego końca skali życia niż mikroskopijnego końca. Najmniejsze rozmnażające się bakterie są setki miliardów razy mniejsze niż metr, a najmniejsze wirusy są nadal dziesięciokrotnie mniejsze. Ciało ludzkie jest około 10 do 100 milionów razy większe niż najprostsze życie, jakie znamy.
Wśród ciepłokrwistych ssaków lądowych również należymy do dużych okazów, ale nie na samym szczycie skali. Na przeciwległym końcu znajdują się nasi najmniejsi krewniacy, maleńkie ryjówki - bardzo małe, wełniane i mięsne stwory ważące zaledwie dwa gramy. Żyją na skraju tego, co możliwe, a ich ciała nieustannie tracą ciepło, które z trudem kompensują obfitym pożywieniem.
Jednak większość ssaków jest bliżej swoich rozmiarów niż nasz - zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę, że średnia masa ciała populacji ssaków wynosi 40 gramów. Nasze złożone, inteligentne ciała oparte na komórkach znajdują się na samym szczycie, a stosunkowo niewiele ssaków jest większych od nas.
Nie ma wątpliwości, że znajdujemy się na tej samej krawędzi, na granicy między złożoną różnorodnością biologicznie małych a ograniczonymi możliwościami biologicznie dużych. Teraz wyobraź sobie nasz układ planetarny. Nasza gwiazda nie należy do najliczniejszych typów gwiazd (większość z nich ma mniejszą masę), nasze orbity są obecnie bardziej zaokrąglone i oddalone od siebie niż w większości innych układów egzoplanetarnych i nie mamy żadnych super- Ziemia wśród naszych planetarnych sąsiadów.
Ten rodzaj świata, kilkakrotnie większy od masy Ziemi, jest reprezentowany w co najmniej 60% wszystkich systemów, ale w naszym Układzie Słonecznym tak nie jest. Gdybyś był architektem układów planetarnych, uznałbyś nasz projekt za odizolowany, nieco różniący się od normy.
Niektóre z tych cech wynikają z faktu, że nasz układ słoneczny uniknął poważnej dynamicznej reorganizacji, której nie udało się większości innych systemów planetarnych. Nie oznacza to, że mamy zapewnioną cichą i spokojną przyszłość - najnowsze symulacje grawitacji pokazują, że za kilkaset milionów lat na nasz system może wpłynąć bardziej chaotyczny okres.
A za pięć miliardów lat Słońce może rozszerzyć się wraz z nadejściem spazmatycznego okresu starzenia i znacząco zmienić napromieniowanie planet. Wszystkie wskaźniki wskazują, że obecnie żyjemy w okresie pośrednim lub granicznym, w okresie przejściowym między młodością gwiezdno-planetarną a nadchodzącym okresem słabości.
Nasze stosunkowo spokojne życie w tym okresie, jeśli ocenimy to z perspektywy czasu, nie jest zaskakujące. Podobnie jak w przypadku innych aspektów naszej sytuacji żyjemy w miejscu umiarkowanym, niezbyt ciepłym i niezbyt zimnym, pod względem chemicznym nasze środowisko nie jest zbyt aktywne i obojętne, nie jest zbyt niestabilne i nie do końca pozbawione zmian.
Ponadto dzisiaj jest oczywiste, że to spokojne astrofizycznie sąsiedztwo rozciąga się daleko poza naszą galaktykę. Z punktu widzenia wszechświata jako całości żyjemy w okresie znacznie starszym niż szybki i gwałtowny okres młodej, gorącej przestrzeni. Proces tworzenia gwiazd wszędzie zwalnia. Inne słońca i inne planety formują się w średnim tempie, które stanowi zaledwie 3% tego, co było w okresie od 11 do 8 miliardów lat temu.
Te gwiazdy zaczynają powoli poruszać się po wszechświecie. A jeśli mówimy w kategoriach kosmologicznych, to dopiero 6 lub 5 miliardów lat temu nasz Wszechświat zaczął zwalniać po Wielkim Wybuchu. Ciemna energia, zrodzona z samej próżni, przyspiesza rozrost przestrzeni i pomaga powstrzymać rozwój większych kosmicznych struktur. Ale to oznacza, że życie jest ostatecznie skazane w oddzielnej przyszłości na nudną izolację w coraz bardziej niezrozumiałym wszechświecie.
Połącz wszystkie te czynniki, a wtedy stanie się jasne, że nasz pogląd na przestrzeń wewnętrzną i zewnętrzną jest poważnie ograniczony. To jest widok z wąskiego słupa. W rzeczywistości nasze intuicyjne rozumienie zdarzeń losowych i rozwój naukowy w dziedzinie wnioskowania statystycznego byłyby być może inne, gdyby istniały inne okoliczności w dziedzinie porządku lub chaosu, przestrzeni i czasu.
A sam fakt, że jesteśmy zbyt daleko od jakiegokolwiek innego życia w kosmosie - do tego stopnia, że nie byliśmy w stanie uchwycić żadnego z jego znaków ani go spotkać - ma duży wpływ na wnioski, jakie możemy wyciągnąć.
wnioski
Mamy wiele dowodów na poparcie podstawowej idei Kopernika, że nie jesteśmy niczym specjalnym. Ale jednocześnie istnieje kilka charakterystycznych cech naszego środowiska, które wskazują na coś przeciwnego.
Niektóre z tych cech dały początek tak zwanej zasadzie antropicznej, zgodnie z którą pewne fundamentalne stałe w przyrodzie wydają się być „dostrojone”, a tym samym podstawowe właściwości wszechświata równoważą się w pobliżu granic, które pozwalają istnieć Ziemi i życiu na niej. Jeśli pójdziesz za daleko w dowolnym kierunku, natura kosmosu może być zupełnie inna.
Zmień nieznacznie względną siłę grawitacji, a wtedy gwiazdy albo w ogóle się nie uformują i nie pojawią się żadne ciężkie pierwiastki, albo zostaną utworzone ogromne gwiazdy, które następnie szybko znikną, nie pozostawiając żadnych śladów, potomków ani ścieżki do życia. A jeśli zmienisz siły elektromagnetyczne, wówczas wiązania chemiczne między atomami będą zbyt słabe lub zbyt silne, aby stworzyć różnorodne struktury molekularne, które pozwalają na tak niesamowitą złożoność w przestrzeni.
Galaktyka spiralna NGC 4258
Co myślimy o tych wszystkich sprzecznościach? Moim zdaniem fakty popychają nas do nowej naukowej koncepcji naszego relatywnego miejsca w przestrzeni, do rozstania się zarówno z zasadami kopernikańskimi, jak i ideami antropicznymi, myślę też, że idąc w tym kierunku, ta nowa idea stanie się niezależną zasadą. Być może możemy nazwać tę nową ideę zasadą kosmo-chaotyczną, platformą między porządkiem (pierwotne znaczenie greckiego słowa kosmos) a chaosem.
Jej istota polega na tym, że życie, aw szczególności życie na Ziemi, zawsze będzie znajdować się na styku lub na styku stref wyznaczonych przez takie cechy, jak energia, położenie, skala, czas, porządek i chaos. Czynniki, takie jak stabilność lub chaos na orbitach planetarnych, lub zmiany klimatu i geofizyki na planecie, są bezpośrednimi przejawami tych cech.
Jeśli zbytnio oddalisz się od tych granic, równowaga przesunie się w kierunku niekorzystnego stanu. Nasze życie wymaga odpowiedniej kombinacji składników, mieszanki spokoju i chaosu - właściwej kombinacji yin i yang.
Zbliżanie się do tych granic umożliwia takie zmiany i wariacje, ale nie należy podchodzić zbyt blisko, aby nie przytłoczyć nieustannie samego systemu. Istnieją oczywiste podobieństwa z koncepcją strefy nadającej się do zamieszkania (strefa Złotowłosej), zgodnie z którą temperatura środowiska kosmicznego planety wokół gwiazdy mieści się w wąskim zakresie parametrów.
Pomijając istnienie życia, ekosfera może być znacznie bardziej dynamiczna - nie musi być utrwalona w czasie i przestrzeni. Jest to raczej nieustannie poruszająca się, wijąca się i zginająca trajektoria o wielu parametrach - jak ścieżki wytyczone przez ręce i nogi tancerza.
Jeśli uniwersalną zasadą jest to, że życie może istnieć tylko w takich warunkach, wówczas pojawiają się intrygujące możliwości dotyczące naszego znaczenia w przestrzeni. W przeciwieństwie do surowych pomysłów Kopernika, które podkreślają naszą przeciętność, a więc zakładają dużą liczbę podobnych warunków w przestrzeni, przekonanie, że życie wymaga dostosowania różnych i dynamicznych parametrów, ogranicza liczbę opcji.
Możliwości życiowe wynikające z tego nowego podejścia różnią się też od idei antropicznych, które w swej najbardziej radykalnej części przewidują tylko jedno miejsce dla formowania się życia w przestrzeni i w ogóle w czasie. Zamiast tego nowa zasada określa, gdzie powinno powstać życie, a także potencjalną częstotliwość, z jaką to robi. Nowa reguła wyjaśnia podstawowe cechy niezbędne do życia w możliwej przestrzeni z wieloma parametrami walca - wskazuje na żyzne strefy.
Tego rodzaju zasada życia niekoniecznie zmienia żywe istoty w jakąś specjalną część rzeczywistości. Biologia jest prawdopodobnie najbardziej złożonym zjawiskiem fizycznym w naszym wszechświecie - lub w każdym wszechświecie, który podlega pewnym prawom. Ale to być może jest skrajna granica cechy: niezwykle złożona naturalna struktura, która powstaje w odpowiednich warunkach, na granicy porządku i chaosu.
A takie sformułowanie koncepcji, gdzie dokładnie życie pasuje do szerszego schematu natury, prowadzi bezpośrednio do rozwiązania zagadki, w której znajdują się przekonujące, ale nie ostateczne argumenty, że życie powinno istnieć w obfitości i jest niezwykle rzadkie.
Caleb Scharf
Caleb Scharf jest dyrektorem interdyscyplinarnego Centrum Astrobiologii na Uniwersytecie Columbia; jest autorem Gravity's Engines: How Bubble-Blowing Black Holes Rule Galaxies, Stars, and Life in the Cosmos.