For at finde ud af om livet eksisterer uden for Jorden, skal vi håndtere vores egen betydning i universet. Er vi noget unikt, eller er vi ikke noget særligt?
Vi bor alle på en lille planet, der kredser om en middelaldrende stjerne, der er en af de anslåede 200 milliarder stjerner i den store hvirvel af stof, der udgør Mælkevejsgalaksen. Vores galakse er formentlig en af flere hundrede milliarder lignende strukturer i det observerbare univers, og dens omfang i dag i alle retninger fra os er mere end 270.000.000.000.000.000.000.000 (2.7 × 1023) miles.
Efter enhver dårlig menneskelig standard er universet en enorm mængde stof og en enorm mængde plads. Vores art blev dannet i et ubetydeligt øjeblik i kolossal historie, og det ser ud til, at der vil være en endnu længere fremtid med eller uden vores deltagelse.
Forsøg på at definere vores position, at fastslå vores betydning kan virke som en slags hypertrofieret vittighed. Vi må være uhyrlige dumme, hvis vi forestiller os, at vi overhovedet kan finde nogen mening for os selv.
Alligevel forsøger vi at gøre netop det på trods af vores tilsyneladende middelmådighed, som blev synlig, da renæssancesforskeren Nikola Kopernik for omkring 500 år siden stoppede med at betragte Jorden som centrum for solsystemet. Hans idé er blevet en af de største videnskabelige opdagelser gennem de sidste adskillige hundrede år såvel som en vigtig indikator på vores vej til at forstå den indre struktur i kosmos og den virkelige verdens natur.
I vores forsøg på at vurdere vores værdi står vi over for en gåde: nogle opdagelser og teorier antyder, at livet meget vel kan være almindeligt og almindeligt, mens andre siger det modsatte. Hvordan skal vi begynde at samle vores viden om rummet - fra bakterier til Big Bang - for at forklare, om vi er vigtige eller ej? Og når vi lærer mere om vores plads i universet, prøver vi at forstå, hvad alt dette betyder for vores forsøg på at finde ud af, om der er andre levende ting i rummet? Hvad bliver vores næste skridt i denne retning?
Hvad ved vi
Salgsfremmende video:
I 1600'erne blev erhvervsdrivende og videnskabsmand Antony van Leeuwenhoek ved hjælp af sine egne håndlavede mikroskoper den første person til at se bakterier - en rejse, der førte ham ind i mikrokosmos fremmede verden. Denne vidunderlige nedstigning, dette glide ned ad trappen til fysiske dimensioner i den sprudlende verden i os, var det første skridt mod at forstå, at komponenterne i vores krop, vores masse af molekylære strukturer, findes i den yderste ende af spektret af den biologiske skala. Jeg tvivler på, at folk før Levenguks fantastiske opdagelse havde mulighed for at tænke over dette faktum, ikke på et overfladisk niveau, men på et andet, dybere niveau.
Streptococcus pyogenes bakterier
Der er organismer på Jorden, der er fysisk større og mere massive end vi er - se på hvaler eller træer. Imidlertid er vi meget tættere på den øvre ende af livsskalaen end den mikroskopiske ende. De mindste reproducerende bakterier er hundreder af milliarder gange mindre end en meter, og de mindste vira er stadig ti gange mindre. Den menneskelige krop er omkring 10 eller 100 millioner gange større end det enkleste liv, vi kender.
Blandt varmblodede landpattedyr er vi også blandt de store prøver, men ikke helt øverst på skalaen. I den modsatte ende er vores mindste slægtninge, små spidser - meget små væsner af uld og kød, der kun vejer to gram. De findes på kanten af det mulige, og deres kroppe mister konstant varme, som de næppe kan kompensere ved hjælp af rigelig mad.
Imidlertid er de fleste pattedyr tættere på deres størrelse end vores - især når man overvejer, at den gennemsnitlige kropsvægt for pattedyrspopulationen er 40 gram. Vores komplekse cellebaserede, intelligente kroppe er øverst, og relativt få pattedyr er større end os.
Der er ingen tvivl om, at vi befinder os lige ved denne kant, på denne grænse mellem den komplekse mangfoldighed af de biologisk små og de begrænsede muligheder for de biologisk store. Forestil dig nu vores planetariske system. Vores stjerne er ikke en af de mest almindelige typer af stjerner (de fleste af dem er mindre i masse), vores kredsløb er i øjeblikket mere afrundede og mere adskilt fra hinanden end i de fleste andre eksoplanetære systemer, og vi har ikke nogen super- Jorden blandt vores planetariske naboer.
Denne slags verden, flere gange større end Jorden i masse, er repræsenteret i mindst 60% af alle systemer, men i vores solsystem er det ikke. Hvis du var arkitekt for planetariske systemer, ville du betragte vores design som isoleret, lidt anderledes end normen.
Nogle af disse egenskaber er baseret på det faktum, at vores solsystem har undgået en større dynamisk omorganisering, som de fleste andre planetariske systemer ikke har undladt at gøre. Dette betyder ikke, at vi er sikre på en stille og fredelig fremtid - de seneste tyngdekraftsimuleringer viser, at vores system inden for flere hundrede millioner år kan blive påvirket af en mere kaotisk periode.
Og om yderligere fem milliarder år kan solen ekspandere med starten på en krampagtig aldringsperiode og ændre planeternes bestråling markant. Alle indikatorer indikerer, at vi nu lever i en mellemliggende eller grænsetid i en overgangsperiode mellem stjerneplanetær ungdom og den kommende periode med svaghed.
Vores relativt rolige eksistens i denne periode er ikke overraskende, hvis vi vurderer den i eftertid. Som med andre aspekter af vores situation bor vi på et tempereret sted, ikke for varmt eller for koldt, kemisk er vores miljø ikke for aktivt og ikke for inaktivt, det er ikke for ustabilt og ikke helt blottet for forandring.
Derudover er det i dag åbenlyst, at dette astrofysisk rolige kvarter strækker sig langt ud over grænserne for vores galakse. Set fra universets synspunkt eksisterer vi i en periode, der er meget ældre end den hurtige og voldelige periode i et ungt, varmt rum. Overalt er processen med at skabe stjerner langsommere. Andre soler, andre planeter dannes med en gennemsnitlig hastighed, der kun er 3% af, hvad der var i perioden fra 11 til 8 milliarder år siden.
Disse stjerner begynder langsomt at bevæge sig gennem universet. Og hvis vi taler i store kosmologiske termer, var det kun 6 eller 5 milliarder år siden, at vores univers begyndte at bremse efter Big Bang. Mørk energi, født fra selve vakuumet, fremskynder væksten i rummet og hjælper med at undertrykke udviklingen af større kosmiske strukturer. Men det betyder, at livet i sidste ende er dømt i en adskilt fremtid til kedelig isolation i et stadig mere uforståeligt univers.
Sæt alle disse faktorer sammen, og så bliver det klart, at vores syn på det indre og ydre rum er stærkt begrænset. Dette er en udsigt fra en smal stang. Faktisk kunne vores intuitive forståelse af tilfældige begivenheder og vores videnskabelige udvikling inden for statistisk slutning have været anderledes, hvis der var andre omstændigheder inden for orden eller kaos, rum og tid.
Og selve det faktum, at vi er for langt væk fra ethvert andet liv i rummet - i en sådan grad, at vi endnu ikke har formået at fange nogen af dets tegn eller støde på det - har en stærk indflydelse på de konklusioner, vi kan drage.
konklusioner
Vi har rigelig med beviser til at understøtte Copernicus grundlæggende idé om, at vi ikke er noget specielt. Men på samme tid er der flere karakteristiske træk ved vores miljø, der indikerer det modsatte.
Nogle af disse kvaliteter har givet anledning til det såkaldte antropiske princip, ifølge hvilket visse grundlæggende konstanter i naturen ser ud til at være "finjusteret", og dermed er de grundlæggende kvaliteter i universet afbalanceret nær de grænser, der tillader jorden og livet på det at eksistere. Hvis du går for langt i begge retninger, kan kosmos natur være helt anderledes.
Skift den relative tyngdekraft lidt, og så dannes stjerner enten slet ikke, og der opstår ingen tunge elementer, eller der vil blive skabt enorme stjerner, som derefter hurtigt forsvinder uden at efterlade spor, ingen efterkommere, ingen vej til livet. Og hvis du ændrer de elektromagnetiske kræfter, så vil de kemiske bindinger mellem atomer være for svage eller for stærke til at skabe en række molekylære strukturer, der giver dig mulighed for at have en så utrolig kompleksitet i rummet.
Spiralgalakse NGC 4258
Hvad synes vi om alle disse modsigelser? Efter min mening skubber fakta os til en ny videnskabelig idé om vores relative plads i rummet, for at skille os fra både kopernikanske principper og antropiske ideer, og jeg tror også, at denne nye idé bevæger sig i denne retning, bliver et uafhængigt princip. Måske kan vi kalde denne nye idé det kosmo-kaotiske princip, platformen mellem orden (den oprindelige betydning af det græske ord kosmos) og kaos.
Dets essens ligger i det faktum, at liv og især liv på jorden altid vil være på kontaktstedet eller i krydset af zoner bestemt af sådanne egenskaber som energi, placering, skala, tid, orden og kaos. Faktorer som stabilitet eller kaos i planetbaner eller variationer i klima og geofysik på planeten er direkte manifestationer af disse egenskaber.
Hvis du bevæger dig for langt fra disse grænser, skifter balancen til en ugunstig tilstand. Vores liv kræver den rigtige kombination af ingredienser, en blanding af ro og kaos - den rigtige kombination af yin og yang.
At nærme sig disse grænser gør sådanne ændringer og variationer mulige, men man bør ikke komme for tæt for ikke konstant at overvælde selve systemet. Der er åbenlyse paralleller med begrebet en beboelig zone (Goldilocks zone), ifølge hvilken temperaturen i rummiljøet for en planet omkring en stjerne er i et snævert interval af parametre.
Bortset fra eksistensen af liv kan den beboelige zone være meget mere dynamisk - den behøver ikke at blive rettet i tid og rum. Snarere er det en konstant bevægende, vridende og bøjende bane med mange parametre - som stierne, der er lagt af en dansers arme og ben.
Hvis den universelle regel er, at livet kun kan eksistere under disse forhold, opstår der nogle spændende muligheder med hensyn til vores betydning i rummet. I modsætning til Copernicus 'strenge ideer, der understreger vores middelmådighed og derfor antager et stort antal lignende forhold i rummet, reducerer forestillingen om, at livet kræver justering af forskellige og dynamiske parametre, antallet af muligheder.
Livsmulighederne som følge af denne nye tilgang er også forskellige fra antropiske ideer, som i deres mest radikale del kun forudsiger et sted for dannelsen af liv i rum og tid generelt. I stedet definerer den nye regel, hvor livet skal opstå, samt den potentielle hyppighed, hvormed det gør det. Den nye regel præciserer de grundlæggende egenskaber, der er nødvendige for at bo i et muligt rum med mange valsende parametre - det indikerer de frugtbare zoner.
Denne slags regel om livet forvandler ikke nødvendigvis levende væsener til en særlig del af virkeligheden. Biologi er sandsynligvis det mest komplekse fysiske fænomen i vores univers - eller i ethvert univers, der adlyder visse love. Men dette er måske den yderste grænse for det særegne: en ekstremt kompleks naturlig struktur, der opstår under de rette forhold på grænsen mellem orden og kaos.
Og denne formulering af begrebet hvor nøjagtigt livet er indlejret i det større naturskema fører direkte til løsningen af gåden, hvor der er overbevisende, men ikke endelige argumenter om, at livet skal eksistere i overflod, og at det er ekstremt sjældent.
Caleb Scharf
Caleb Scharf er direktør for det tværfaglige astrobiologicenter ved Columbia University; han er forfatter til Gravity's Engines: How Bubble-Blowing Black Holes Rule Galaxies, Stars, and Life in the Cosmos.