Bisakah makhluk hidup seukuran galaksi?

Mengapa hidup terbatas pada dimensi yang kita temui di Bumi

Ukuran benda-benda di Semesta kita bervariasi dari skala kecil 10 ^-19 m, tempat quark berinteraksi, ke cakrawala kosmik, yang terletak 10 ²⁶ meter dari kita. Dalam 45 urutan besarnya yang dapat diterima ini, kehidupan yang kita tahu dibatasi oleh interval yang relatif kecil, hanya 9 urutan, yang terletak kira-kira di tengah-tengah universal: bakteri dan virus kurang dari satu mikron, 10 ^-6 meter, dan ketinggian pohon terbesar mencapai sekitar 100 m. Honey agaris, atau armillaria [Orang Amerika menyebutnya jamur madu - sekitar. trans.], yang tinggal di kaki Blue Mountains di Oregon, kemungkinan merupakan organisme tunggal yang membentang lebih dari 4 kilometer. Kehidupan cerdas yang diketahui memiliki skala yang bahkan lebih kecil, di wilayah tiga urutan besarnya.

Tetapi mungkinkah itu berbeda?

Kemajuan teori komputasi menunjukkan bahwa kesadaran dan kecerdasan membutuhkan quadrillion elemen primitif - "kontur". Karena otak kita terdiri dari neuron, yang dalam dirinya sendiri, pada kenyataannya, adalah organisme uniseluler kooperatif khusus, kita dapat menyimpulkan bahwa komputer biologis perlu sebanding ukurannya dengan otak untuk menunjukkan kemampuan kita.



Kita dapat mengasumsikan kemungkinan membuat neuron lebih kecil dari kita untuk sistem kecerdasan buatan. Elemen sirkuit listrik sekarang jauh lebih kecil daripada neuron. Tetapi perilaku mereka lebih sederhana, di samping itu, mereka membutuhkan superstruktur yang mendukung mereka (pasokan energi, pendinginan, komunikasi), yang memakan banyak ruang. Kemungkinan besar, sistem kecerdasan pertama akan sebanding ukurannya dengan tubuh kita, meskipun fakta bahwa mereka akan didasarkan pada bahan dan arsitektur yang berbeda secara fundamental. Ini juga menunjukkan bahwa ada sesuatu yang istimewa dalam skala meteran.

Bagaimana dengan akhir skala raksasa? William Burroughs, dalam novelnya The Ticket That Burst, membayangkan bahwa di bawah permukaan planet ini adalah "kesadaran anorganik yang besar di dekat nol mutlak yang berpikir dalam endapan kristal yang tidak tergesa-gesa." Astronom Fred Hoyle secara dramatis dan meyakinkan menulis tentang "Awan Hitam" yang cerdas dan super-cerdas, yang ukurannya sebanding dengan jarak dari Bumi ke Matahari. Idenya mendahului bola Dyson, struktur besar yang sepenuhnya mengelilingi bintang dan mengambil sebagian besar energinya. Ini didukung oleh kalkulasi yang saya dan rekan saya Fred Adams lakukan. Ternyata struktur yang paling efisien untuk memproses informasi dalam galaksi saat ini dapat ditemukan dalam angin jelaga yang ditimbulkan oleh raksasa merah yang sekarat. Selama puluhan ribu tahun, raksasa merah yang dikelilingi oleh debu menyediakan jumlah energi yang diperlukan, gradien entropi yang cukup besar dan bahan baku yang cukup untuk berpotensi melebihi kapasitas perkiraan biosfer dari satu miliar planet terestrial.

Seberapa besar bentuk kehidupan ini? Pikiran yang menarik tidak hanya membutuhkan otak yang kompleks, tetapi juga waktu yang cukup untuk merumuskan. Kecepatan transfer informasi dalam neuron adalah 300 km per jam, yaitu, sinyal melintasi otak manusia dalam waktu sekitar 1 ms. Ternyata 2 triliun transisi semacam itu cocok dengan kehidupan seseorang (dan masing-masing ditingkatkan oleh struktur yang kaya dan sangat paralel). Jika otak dan neuron kita 10 kali lebih lama, dan masa hidup serta kecepatan sinyal tidak berubah, kita akan memiliki 10 kali lebih sedikit pemikiran dalam seluruh hidup kita.

Jika otak kita tumbuh hingga seukuran sistem tata surya, dan sinyal-sinyal ditransmisikan di dalamnya dengan kecepatan cahaya, maka untuk mengirimkan sejumlah pesan yang serupa akan membutuhkan seluruh zaman Alam Semesta saat ini, yang tidak akan menyisakan waktu untuk evolusi. Jika otak seukuran galaksi kita, masalahnya akan menjadi lebih akut. Dari saat pembentukannya, akan ada cukup waktu untuk hanya 10.000 pesan yang melintasinya dari ujung ke ujung. Oleh karena itu, sangat sulit membayangkan bentuk kehidupan dengan kompleksitas yang sebanding dengan manusia, menempati skala yang jauh melebihi ukuran bintang. Jika mereka ada, mereka tidak akan punya cukup waktu untuk apa pun.

Menariknya, kendala lingkungan yang diterapkan pada tubuh fisik juga membatasi kehidupan dengan ukuran yang diperlukan untuk munculnya kecerdasan. Ketinggian sequoia tertinggi dibatasi oleh ketidakmampuan mereka untuk menaikkan air lebih tinggi dari 100 meter ke atas - pembatasan ini adalah kombinasi dari gaya gravitasi di Bumi (menarik air ke bawah), dan penguapan, pembasahan dan tegangan permukaan dalam xilem (menariknya ke atas). Jika kita mengasumsikan bahwa gravitasi dan tekanan atmosfer di planet lain tidak akan berbeda dari Bumi lebih dari 10 kali, maka kita akan mendapatkan batasan yang sama yang berbeda tidak lebih dari beberapa urutan besarnya.

Jika kita juga berasumsi bahwa sebagian besar kehidupan terikat pada planet, bulan atau asteroid, maka gravitasi juga menetapkan skala alami. Dengan meningkatnya planet ini dan peningkatan gravitasinya, gaya yang bekerja pada tulang (atau yang setara) dari hewan hipotetis meningkat - Christian Huygens menulis tentang ini pada abad ke-17. Hewan itu perlu meningkatkan penampang tulang untuk menahan kekuatan seperti itu, dan itu meningkat sebagai kuadrat dari ukuran hewan. Namun, efek-efek ini dengan cepat memudar, karena berat badan meningkat, seperti ukuran kubus. Rata-rata, massa maksimum organisme terestrial bergerak berkurang secara linear dengan peningkatan gravitasi. Dengan demikian, di planet dengan gravitasi 10 kali lebih sedikit daripada di Bumi, hewan bisa hidup 10 kali lebih banyak.



Tetapi ada ukuran minimum untuk planet - jika lebih kecil (kurang dari sepersepuluh massa Bumi), itu tidak akan mampu menahan atmosfer. Sekali lagi kita dibatasi oleh faktor 10 relatif terhadap ukuran yang kita lihat di Bumi.

Hidup juga perlu didinginkan. Pengembang chip komputer terus berjuang untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh komputasi. Makhluk hidup memiliki masalah yang sama: hewan besar memiliki rasio volume terhadap luas permukaan, atau kulit yang tinggi. Karena kulit bertanggung jawab atas pendinginan hewan, dan panas dihasilkan oleh volume, hewan besar tidak didinginkan secara efisien. Seperti Max Kleiber pertama kali dihitung pada 1930-an, tingkat metabolisme per kilogram pada hewan darat menurun secara proporsional dengan massa hewan pada derajat 0,25. Memang, jika laju pemanasan tidak menurun, hewan besar hanya akan dimasak. Jika kita mengasumsikan bahwa untuk berfungsinya mamalia secara normal, laju metabolisme minimum harus satu triliun watt per nanogram, kita akan mencapai ukuran maksimum organisme dari orde satu juta kilogram - yang kurang dari 10 kali massa paus biru, mungkin yang terbesar yang pernah hidup Organisme bumi.

Anda dapat, pada prinsipnya, membayangkan binatang dalam ukuran lebih besar. Berdasarkan pada prinsip Landauer , yang menggambarkan jumlah minimum energi yang diperlukan untuk perhitungan, dan dengan asumsi bahwa sumber daya energi dari organisme multiselular yang lamban yang dihabiskan hanya pada reproduksi selnya yang lambat, kami menemukan bahwa masalah dukungan mekanisnya melampaui masalah pembuangan panas dan merupakan faktor pembatas utama untuk pertumbuhan . Tetapi pada skala seperti itu, menjadi tidak jelas apa yang akan dilakukan makhluk semacam itu atau bagaimana makhluk itu muncul sebagai hasil evolusi.

Film klasik "Ten Degrees" diambil empat dekade lalu, tetapi pengaruhnya sangat dalam. Hal ini dapat dikaitkan, misalnya, dengan fakta bahwa perkiraan ordinal ditetapkan dengan kuat dalam penggunaan ilmiah, dan itu berfungsi sebagai inspirasi untuk pembuatan perangkat lunak kartografi, seperti Google Earth.



Pengaruh film ini diperkuat oleh simetri yang menakjubkan dalam kisah antara pencelupan di microworld (di mana pengamat terjun ke dalam dari skala piknik di tepi Danau Chicago pada skala subnuklir) dan pergerakan di macroworld (di mana kita terbang menjauh dari Bumi dan isinya ke dalam skala ruang raksasa) .

Apakah kebetulan kita, makhluk rasional, mampu bergerak ke dua arah dan mempelajari skala besar dan kecil Semesta? Mungkin tidak.

Gregory Laughlin adalah profesor astronomi dan astrofisika di Universitas California di Santa Cruz. Rekan penulis buku “ Lima Era Alam Semesta - Di Dalam Fisika Infinity, ” menulis sebuah blog di oklo.org.