هل يمكن أن يكون المخلوق الحي بحجم المجرة؟

لماذا تقتصر الحياة على الأبعاد التي نلتقي بها على الأرض

يختلف حجم أجسام كوننا من مقياس صغير من 10 إلى ¹⁹ م ، تتفاعل فيه الكواركات ، إلى الأفق الكوني ، الذي يقع على بعد 10 ²⁶ مترًا منا. في هذه الأعداد المقبولة من 45 طلبًا ، تكون الحياة التي نعرفها محدودة بفاصل صغير نسبيًا ، من 9 أوامر فقط ، تقع تقريبًا في منتصف العالم: البكتيريا والفيروسات أقل من ميكرون ، ^10-6 أمتار ، ويبلغ ارتفاع أكبر الأشجار حوالي 100 متر. فطريات العسل أو armillaria [الأمريكان يطلقون عليهم فطر العسل - تقريبا. ترانس.] ، التي تعيش عند سفح الجبال الزرقاء في ولاية أوريغون ، من المرجح أن تكون كائنًا واحدًا يمتد عبر 4 كيلومترات. الحياة الذكية المعروفة لها نطاق أصغر ، في منطقة من ثلاث درجات من الحجم.

لكن هل يمكن أن تكون مختلفة؟

يشير تقدم النظرية الحسابية إلى أن الوعي والفكر يتطلبان كوادريليون من العناصر البدائية - "الكفاف". نظرًا لأن دماغنا يتكون من خلايا عصبية ، والتي هي في حد ذاتها ، كائنات عضوية تعاونية متخصصة وحيدة الخلية ، يمكننا أن نستنتج أن الكمبيوتر البيولوجي يجب أن يكون قابلاً للمقارنة في الحجم للدماغ لإثبات قدراتنا.



يمكننا أن نفترض إمكانية إنشاء الخلايا العصبية أصغر من الخلايا العصبية لأنظمة الذكاء الاصطناعي. أصبحت عناصر الدوائر الكهربائية الآن أصغر بكثير من الخلايا العصبية. لكن سلوكهم أبسط ، بالإضافة إلى ذلك ، فهم يحتاجون إلى بنية فوقية تدعمهم (إمدادات الطاقة ، والتبريد ، والاتصالات) ، والتي تشغل مساحة كبيرة. على الأرجح ، ستكون الأنظمة الذكية الأولى قابلة للمقارنة في الحجم بأجسامنا ، على الرغم من حقيقة أنها ستستند إلى مواد وهياكل مختلفة تمامًا. هذا يشير أيضًا إلى وجود شيء خاص في مقياس العداد.

ماذا عن نهاية المقياس الضخم؟ قدم ويليام بوروز ، في روايته "التذكرة التي انفجرت" ، أنه تحت سطح الكوكب "وعي غير عضوي ضخم بالقرب من الصفر المطلق في رواسب بلورية غير مدفوعة". كتب عالم الفلك فريد هويل بشكل درامي ومقنع عن "السحابة السوداء" الذكية والفائقة الذكاء ، والتي يمكن مقارنتها بحجم المسافة من الأرض إلى الشمس. سبقت فكرته مجالات دايسون ، وهي هياكل ضخمة تحيط بالنجم تمامًا وتزيل معظم طاقته. وهو مدعوم بالحسابات التي أجريها أنا وزميلي فريد آدامز. اتضح أن الهياكل الأكثر كفاءة لمعالجة المعلومات في المجرات اليوم يمكن العثور عليها في الرياح المهدئة التي تثيرها العمالقة الحمراء المحتضرة. لعشرات الآلاف من السنين ، توفر عمالقة حمراء محاطة بالغبار الكمية اللازمة من الطاقة ، وتدرج كبير بما فيه الكفاية من الإنتروبيا والمواد الخام بما يكفي لتجاوز السعة المقدرة للمحيط الحيوي لمليار كوكب أرضي.

كيف يمكن أن تكون أشكال الحياة هذه كبيرة؟ لا تتطلب الأفكار المثيرة للاهتمام دماغًا معقدًا فحسب ، بل تتطلب أيضًا وقتًا كافيًا للصياغة. تبلغ سرعة نقل المعلومات في الخلايا العصبية 300 كم في الساعة ، أي أن الإشارة تعبر الدماغ البشري في حوالي 1 مللي ثانية. اتضح أن 2 تريليون من هذه التحولات تناسب حياة الشخص (ويتم تعزيز كل منها ببنية غنية ومتوازية للغاية). إذا كان دماغنا وخلايانا العصبية أطول بعشر مرات ، ولم يتغير عمر الإشارات وسرعتها ، فسيكون لدينا أفكار أقل بعشر مرات في حياتنا بأكملها.

إذا نما دماغنا إلى حجم النظام الشمسي ، وتم إرسال الإشارات فيه بسرعة الضوء ، فإن إرسال كمية مماثلة من الرسائل سيتطلب عمر الكون الحالي بالكامل ، والذي لن يترك وقتًا للتطور. إذا كان الدماغ بحجم مجرتنا ، فستصبح المشكلة أكثر حدة. منذ لحظة تشكيلها ، سيكون هناك وقت كافٍ لعشرة آلاف رسالة فقط تعبرها من النهاية إلى النهاية. لذلك ، من الصعب جدًا تخيل أشكال الحياة ذات التعقيد الذي يماثل الأشكال البشرية ، حيث تحتل المقاييس التي تتجاوز حجم النجم بشكل كبير. إذا كانت موجودة ، فلن يكون لديهم الوقت الكافي لأي شيء.

ومن المثير للاهتمام أن القيود البيئية المطبقة على الأجسام المادية تقصر أيضًا الحياة على الحجم الضروري لظهور الذكاء. يقتصر ارتفاع أعلى سيكويا بسبب عدم قدرتها على رفع المياه أعلى من 100 متر - هذا التقييد هو مزيج من قوة الجاذبية على الأرض (سحب الماء لأسفل) ، والتبخر ، والرطوبة والتوتر السطحي في نسيج الخشب (سحبه لأعلى). إذا افترضنا أن الجاذبية والضغط الجوي على الكواكب الأخرى لن يختلفان عن الأرض بأكثر من 10 مرات ، فسوف نحصل على نفس القيود التي لا تختلف بأكثر من زوجين من حيث الحجم.

إذا افترضنا أيضًا أن معظم الحياة مرتبطة بالكواكب أو الأقمار أو الكويكبات ، فإن الجاذبية تحدد أيضًا مقياسًا طبيعيًا. مع زيادة الكوكب وزيادة جاذبيته ، تزداد القوة التي تعمل على عظام (أو ما يعادلها) من الحيوانات الافتراضية - كتب كريستيان هيغنز عن هذا في القرن السابع عشر. سيحتاج الحيوان إلى زيادة المقطع العرضي للعظام لتحمل مثل هذه القوة ، ويزداد مع مربع حجم الحيوان. ومع ذلك ، تتلاشى هذه التأثيرات بسرعة ، مع زيادة وزن الجسم ، مثل مكعب الحجم. في المتوسط ​​، تنخفض الكتلة القصوى للكائنات الأرضية المتحركة بشكل خطي تقريبًا مع زيادة الجاذبية. وبناءً على ذلك ، على كوكب ذو جاذبية أقل بعشر مرات من الأرض ، يمكن أن تعيش الحيوانات 10 مرات أكثر.



ولكن هناك حدًا أدنى لأحجام الكواكب - إذا كانت أصغر (أقل من عُشر كتلة الأرض) ، فلن تكون قادرة على الاحتفاظ بالغلاف الجوي. مرة أخرى نحن مقيدون بعامل 10 بالنسبة للأحجام التي نراها على الأرض.

تحتاج الحياة أيضًا إلى تبريد. يكافح مطورو شرائح الكمبيوتر باستمرار لإزالة الحرارة الناتجة عن الحوسبة. تواجه الكائنات الحية نفس المشكلة: الحيوانات الكبيرة لديها نسبة عالية من الحجم إلى مساحة السطح ، أو إلى الجلد. نظرًا لأن الجلد مسؤول عن تبريد الحيوان ، ويتم توليد الحرارة من خلال الحجم ، يتم تبريد الحيوانات الكبيرة بشكل أقل كفاءة. كما تم حساب Max Kleiber لأول مرة في ثلاثينيات القرن العشرين ، فإن معدل التمثيل الغذائي لكل كيلوغرام في الحيوانات الأرضية ينخفض ​​بما يتناسب مع كتلة الحيوان في درجة 0.25. في الواقع ، إذا لم ينخفض ​​معدل التسخين ، فسيتم ببساطة طهي الحيوانات الكبيرة. إذا افترضنا أنه من أجل الأداء الطبيعي للثدييات ، يجب أن يكون الحد الأدنى لمعدل الأيض تريليون واط لكل نانوجرام ، فسوف نصل إلى الحد الأقصى لحجم الكائنات الحية التي تبلغ مليون كيلوجرام - وهو أقل من 10 أضعاف كتلة الحوت الأزرق ، وربما أكبرها على الإطلاق كائنات الأرض.

يمكنك ، من حيث المبدأ ، تخيل أن الحيوانات أكبر حجمًا. استنادًا إلى مبدأ Landauer ، الذي يصف الحد الأدنى من الطاقة اللازمة للحسابات ، وافتراضًا أن موارد الطاقة للكائن الضخم البطيء متعدد الخلايا تنفق فقط على التكاثر البطيء لخلاياه ، نجد أن مشاكل دعمه الميكانيكي تتجاوز مشاكل إزالة الحرارة وتعمل كعامل محدود رئيسي للنمو . ولكن على هذا النطاق ، يصبح من غير الواضح ما الذي سيفعله هذا المخلوق أو كيف سيظهر كنتيجة للتطور.

تم تصوير الفيلم الكلاسيكي "Ten Degrees" قبل أربعة عقود ، ولكن تأثيره عميق للغاية. يمكن أن يرتبط ، على سبيل المثال ، بحقيقة أن التقديرات الترتيبية مثبتة بقوة في الاستخدام العلمي ، وهي بمثابة مصدر إلهام لإنشاء برامج رسم الخرائط ، مثل Google Earth.



يتم تعزيز تأثير الفيلم من خلال التناظر المذهل في القصة بين الانغماس في العالم الصغير (حيث يغرق المراقب إلى الداخل من نطاق نزهة على شواطئ بحيرة شيكاغو على نطاق شبه نووي) والحركة في العالم الضخم (حيث نطير بعيدًا عن الأرض ومحتوياته إلى مقاييس عملاقة من الفضاء) .

هل كان من قبيل المصادفة أننا ، كائنات عاقلة ، كنا قادرين على التحرك في كلا الاتجاهين ودراسة المقاييس الكبيرة والصغيرة للكون؟ ربما لا.

جريجوري لافلين أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا بسانتا كروز. المؤلف المشارك لكتاب " خمسة عصور الكون - داخل فيزياء اللانهاية " ، يكتب مدونة على oklo.org.