Miks on elu piiratud suurustega, mida me Maal jälgime.
Asjade suurus meie universumis on vahemikus 10–19 meetrit (iseloomulik kvari interaktsioonidele) kuni kosmilise horisondi kauguseni umbes 1026 kraadi meetrist. Nendes 45 ordinaalses magnituudis on elu teadaolevalt piiratud üsna väikese vahemikuga, ületades pisut üheksa korralist magnituudi ja asudes umbes universaalse skaala keskel. Bakterid ja viirused võivad olla alla mikroni (10–6 meetrit), kõrgeimad puud aga umbes 100 meetrit. Oregoni Sinimägede jalamil kasvav seene nimega meeneene võib kasvada kuni 4 kilomeetri pikkuseks ja arvatakse, et see on ainus selle suurusega elusolend. Mis puutub meile teadaolevasse teadlikku ellu, siis on selle ulatus veelgi väiksem - umbes kolm suurusjärku.
Kuid kas olukord võiks olla teistsugune?
Arvutusteooria edusammud viitavad sellele, et nii teadus kui ka intelligentsus vajavad kvadriljoneid primitiivseid "vooluringi" elemente. Arvestades tõsiasja, et meie aju koosneb neuronitest, mis ise on tegelikult spetsialiseerunud ühendatud üherakulised organismid, võime järeldada, et bioloogilised arvutid peavad oma füüsilises suuruses umbes vastama meie ajule, et näidata kõrvaldamisvõimalused.
Võime ette kujutada, et tehisintellekti süsteemides luuakse neuroneid, mis on meie omadest väiksema suurusega. Näiteks elektrooniline vooluahel on oluliselt väiksem kui meie tänapäeva neuronitel. Kuid nad on ka oma käitumises lihtsamad ja vajavad tugede ülesehitust (energia, jahutamine, mitmepoolne kommunikatsioon), mis võtab märkimisväärselt palju mahtu. On tõenäoline, et esimene päris tehisintellekt võtab enda alla sellise mahu, mis ei erine palju meie keha suurusest, ehkki see põhineb põhimõtteliselt erinevatel materjalidel ja arhitektuuridel ning see näitab taas, et selles on midagi erilist mõõtmiste skaala.
Aga kuidas oleks spektri ülisuuruses otsas? William S. Burroughs kujutas oma romaanis "The Ticket That plahvatas", et planeedipinna all on "tohutu mineraaliteadvus absoluutse nullmõtlemise tasemel aeglastes kristallide moodustistes". Astronoom Fred Hoyle rääkis väga emotsionaalselt ja veenvalt teaduslikust hüperluurest "Must pilv", mis on suurusjärgus võrreldav Maa ja Päikese vahemaaga. Tema idee on Dysoni sfääride kontseptsiooni kuulutaja, see tähendab suuremahulised struktuurid, mis ümbritsevad tähe täielikult ja hõivavad suurema osa selle energiast. Seda teooriat toetavad ka minu kolleegi Fred Adamsi arvutused, mis seda näitavadet moodsa galaktika kõige tõhusamaid infotöötlusstruktuure katalüüsib tõenäoliselt surevate punaste hiiglaslike tähtede tumedas tuules. Need punased hiiglased toodavad mitme tuhande aasta jooksul piisavalt energiat, mis on nii entroopiline gradient kui ka piisavalt toorainet, et potentsiaalselt täielikult välja arvutada miljardite Maa-sarnaste planeetide biosfäärid.ja piisavalt toorainet, et potentsiaalselt täielikult välja arvutada miljardite Maa-sarnaste planeetide biosfäärid.ja piisavalt toorainet, et potentsiaalselt täielikult välja arvutada miljardite Maa-sarnaste planeetide biosfäärid.
Ja millised võivad sel juhul olla eluvormid? Huvitavad mõtted nõuavad mitte ainult keerulist aju, vaid ka nende sõnastamiseks piisavalt aega. Närvirakkudes sisalduva teabe edastamise kiirus on umbes 300 kilomeetrit tunnis, mis tähendab, et signaali edasiaeg inimese ajus on umbes 1 millisekund. Sel juhul on inimese elu kohta 2 triljonit ühikut teateid (ja tegelikult korrutatakse iga läbisõit paralleelse arvutusstruktuuriga). Kui meie aju ja neuronid oleksid kümme korda suuremad ja meie eluiga ning signaalide kiirus neuronites püsiks muutumatuna, oleks meil kogu elu vaja 10 korda vähem mõtteid.
Reklaamvideo:
Kui meie aju oleks kasvanud uskumatult suuruseks ja oleks olnud võrreldav suurusega meie päikesesüsteemiga ning lisaks sellele oleks see võimeline valguse kiirusel signaale saatma, siis sama arvu sõnumite edastamine võtaks kogu universumi eksistentsi aja ja siis poleks seda aeg evolutsioonil oma töö teha. Kui meie ajud oleksid meie galaktika suurused, muutuks probleem veelgi keerukamaks. Selle moodustamise hetkest piisab vaid umbes 10 tuhande teate edastamiseks, mis võivad liikuda galaktika ühest servast teise. Seetõttu on raske ette kujutada inimese ajuga keerukalt võrreldavaid elusaid asju, mis oleksid suuruselt võrreldavad tähtedega. Kui nad oleksid olemas,siis poleks neil piisavalt aega millegi tegemiseks.
Üllataval kombel sunnib keskkonna piirav mõju füüsilistele kehadele ka elu olema umbes sama suur kui tema mõistus nõuab. Kõige kõrgema mahagoni kõrgust piirab suutmatus pumbata vett ülespoole kuni 100 meetrini ning see piir on Maa gravitatsioonijõudude (mis tõmbavad vett maa poole), samuti transpiratsiooni, veeimavuse ja pindpinevuse kombinatsioon meie planeedi ksülemis (mis seda tõstab). üles). Kui eeldada, et kõige potentsiaalselt asustatavamate planeetide gravitatsioonijõud ja õhurõhk jäävad maapealsete tingimuste suhtes kordaja 10 piiresse, siis saame maksimaalse piiranguga ainult paar suurusjärku.
Kui ka eeldada, et enamik eluliike on seotud mõne planeedi, kuu või asteroidiga, siis loob gravitatsioon ka loodusliku skaala. Kui planeet suureneb ja selle raskusjõud on võimsam, suureneb hüpoteetilise looma luude (või mõne muu samaväärse variandi) koormus - mõned teadlased on sellest rääkinud juba 17. sajandil, sealhulgas Christian Huygens. Selline loom oleks sunnitud suurendama oma luude ristlõiget, et taluda suuremat jõudu, mis suureneb looma suuruse ruutjuure võrra. Selline keha kujundamise pingutus kukub lõpuks läbi, kui mass suureneb kuubikujulise keha suurenedes suurusjärgu võrra. Üldiseltliikuda võimelise maapealse organismi maksimaalne mass väheneb vastavalt gravitatsiooni jõu suurenemisele peaaegu lineaarselt. Seevastu planeedil, kus gravitatsioonijõud on kümme korda vähem kui Maal, võiks olla 10 korda suuremaid loomi.
Sellegipoolest on piiratud, kui väike võib olla planeet - kui see on suuruselt ebaoluline (umbes alla kümnendiku Maa massist), siis pole sellel piisavalt atmosfääri hoidmiseks piisavalt jõudu. Veelkord, meid piirab umbes 10 tegurit, mida me Maal näeme. Elu vajab ka jahutamist. Arvutikiipide tootjad seisavad pidevalt silmitsi väljakutsega, kuidas eemaldada andmetöötlusel tekkiv soojus. Elavatel asjadel on sama probleem: suurtel loomadel on välispinna, see tähendab "naha" suhtes kõrge mahutegur. Kuna looma jahutamise eest vastutab nahk ja selle suurus sõltub toodetava soojuse hulgast,suurematel loomadel on vähem võimalust ennast jahutada.
1930ndatel juhtis Max Kleiber esmakordselt tähelepanu asjaolule, et ainevahetuse hulk väheneb proportsionaalselt looma massiga koefitsiendiga 0,25. Ja tõepoolest, kui see temperatuurirežiim poleks tõusnud, oleksid suured loomad selle sõna otseses tähenduses ise süüa teinud (hiljuti on Aatish Batia ja Robert Krulwich seda väga ilmekalt näidanud. Kui eeldada, et minimaalne miinimum Kogu keha täheldatud metaboolne kiirus, mis on vajalik imetaja funktsioneerimiseks, on võrdne ühe triljoni vatiga nanogrammi kohta, siis saame äärmiselt piiratud temperatuuriga organismi, mille mõõtmed on üle miljoni kilogrammi, mis on suurem kui sinine vaal - absoluutne rekord Maa loomade seas nende suuruse osas.
Maa planeedid
Foto: Norman Kuring, NASA / GSFC / Suomi tuumaelektrijaam
Põhimõtteliselt võib ette kujutada "olendit", kes on palju suurema suurusega. Kui lähtume Landaueri põhimõttest, mis kirjeldab arvutamiseks minimaalset vajalikku energiakogust, ja kui eeldada, et supermassiivse, superinertse mitmerakulise organismi energiaallikad tegelevad ainult rakkude aeglase paljunemisega, siis leiame, et mehaanilise toe probleemid kaaluvad üles soojuse eemaldamise. kui lõplikku kasvu piiravat tegurit. Selliste väärtuste puhul jääb aga ebaselgeks, mida selline olend teeb ja kuidas ta suudab areneda.
Klassikaline Charles ja Ray Eamesi lühifilm „Powers of Ten“tehti umbes nelikümmend aastat tagasi, kuid selle mõju on endiselt märkimisväärne. Seda võib seostada näiteks ordinaalsete väärtushinnangute ilmnemisega teadusprogrammi keskse aspektina ja lisaks on see film otsene inspiratsioon selliste kaardistamisprogrammide nagu Google Earth loomiseks.
Suhte Ten mõju suurendab silmatorkav sümmeetria sissepoole liikumise narratiivi (milles vaataja laskub sissepoole skaalal Chicago piknikust järve ääres vähem kui südamik) ja väljapoole suunatud liikumiskaare (milles pilt pulseerib koos kiiruse suurendamine, asetades Maa ja selle sisu kosmose suurema ulatuse alla).
Meil kui intelligentsetel olenditel lihtsalt vedas ja saime võimaluse liikuda mõlemas suunas, uurides universumi ulatust - nii vähenemise kui ka suurenemise suunas? Tõenäoliselt pole see nii.
Gregory Laughlin on Santa Cruzi California ülikooli astronoomia ja astrofüüsika professor. Ta on ka filmi "Universumi viis ajastut - igaviku füüsika sees" kaasautor.
