Uma criatura viva pode ser do tamanho de uma galáxia?

Por que a vida é limitada às dimensões que encontramos na Terra

O tamanho dos objetos do nosso Universo varia de uma pequena escala de 10 a ¹⁹ m, na qual os quarks interagem, até o horizonte cósmico, localizado a 10 a ²⁶ metros de nós. Nessas admissíveis 45 ordens de magnitude, a vida que conhecemos é limitada por um intervalo relativamente pequeno, de apenas 9 ordens, localizado aproximadamente no meio do universal: bactérias e vírus são inferiores a um mícron, 10 a ⁶ metros, e a altura das maiores árvores atinge cerca de 100 m. [Os americanos os chamam de cogumelos com mel - aprox. trans.], vivendo no sopé das Montanhas Azuis no Oregon, provavelmente será um organismo único que se estende por mais de 4 quilômetros de diâmetro. A vida inteligente conhecida tem uma escala ainda menor, na região de três ordens de magnitude.

Mas poderia ser diferente?

O progresso da teoria computacional sugere que a consciência e o intelecto requerem quatrilhão de elementos primitivos - "contornos". Como nosso cérebro consiste em neurônios, que são, de fato, organismos unicelulares cooperativos especializados, podemos concluir que um computador biológico precisa ser comparável em tamanho ao cérebro para demonstrar nossas capacidades.



Podemos assumir a possibilidade de criar neurônios menores que os nossos para sistemas de inteligência artificial. Os elementos dos circuitos elétricos agora são muito menores que os neurônios. Mas seu comportamento é mais simples, além disso, eles exigem uma superestrutura para apoiá-los (suprimento de energia, refrigeração, comunicação), que ocupa muito espaço. Muito provavelmente, os primeiros sistemas inteligentes serão comparáveis ​​em tamanho aos nossos corpos, apesar de serem baseados em materiais e arquiteturas fundamentalmente diferentes. Isso também sugere que há algo especial na escala do medidor.

E o fim da escala gigantesca? William Burroughs, em seu romance The Ticket That Burst, imaginou que sob a superfície do planeta há "uma enorme consciência inorgânica próxima ao pensamento zero absoluto em depósitos sem pressa de um cristal". O astrônomo Fred Hoyle escreveu de maneira dramática e convincente sobre a inteligente e super inteligente "Nuvem Negra", cujo tamanho é comparável à distância da Terra ao Sol. Sua idéia precedeu as esferas de Dyson, estruturas maciças que circundam completamente a estrela e retiram a maior parte de sua energia. É apoiado pelos cálculos que eu e meu colega Fred Adams fazemos. Acontece que as estruturas mais eficientes para o processamento de informações nas galáxias de hoje podem ser encontradas nos ventos fuliginosos criados pelos gigantes vermelhos moribundos. Por dezenas de milhares de anos, gigantes vermelhos cercados por poeira fornecem a quantidade necessária de energia, um gradiente de entropia suficientemente grande e matéria-prima suficiente para exceder potencialmente a capacidade estimada da biosfera de um bilhão de planetas terrestres.

Qual o tamanho dessas formas de vida? Pensamentos interessantes requerem não apenas um cérebro complexo, mas também tempo suficiente para se formular. A velocidade da transferência de informações nos neurônios é de 300 km por hora, ou seja, o sinal atravessa o cérebro humano em cerca de 1 ms. Acontece que 2 trilhões dessas transições se encaixam na vida de uma pessoa (e cada uma delas é aprimorada por uma estrutura rica e extremamente paralela). Se nosso cérebro e nossos neurônios fossem 10 vezes mais longos, e a vida e a velocidade dos sinais não mudassem, teríamos 10 vezes menos pensamentos em toda a nossa vida.

Se nosso cérebro crescesse até o tamanho do sistema solar e os sinais fossem transmitidos na velocidade da luz, transmitir uma quantidade semelhante de mensagens exigiria toda a era atual do universo, o que não deixaria tempo para a evolução. Se o cérebro fosse do tamanho da nossa galáxia, o problema se tornaria ainda mais agudo. Desde o momento de sua formação, haveria tempo suficiente para apenas 10.000 mensagens cruzando-a de ponta a ponta. Portanto, é bastante difícil imaginar formas de vida com complexidade comparável às humanas, ocupando escalas que excedem grandemente o tamanho de uma estrela. Se existissem, não teriam tempo suficiente para nada.

Curiosamente, as restrições ambientais aplicadas aos corpos físicos também limitam a vida ao tamanho necessário para o surgimento da inteligência. A altura das sequóias mais altas é limitada por sua incapacidade de elevar a água acima de 100 metros - essa restrição é uma combinação da força gravitacional da Terra (puxando a água para baixo) e evaporação, umedecimento e tensão superficial no xilema (puxando-a para cima). Se assumirmos que a gravidade e a pressão atmosférica em outros planetas não diferem da Terra em mais de 10 vezes, obteremos as mesmas restrições que diferem em não mais do que algumas ordens de magnitude.

Se também assumirmos que a maior parte da vida está ligada a planetas, luas ou asteróides, a gravidade também estabelece uma escala natural. Com o aumento do planeta e o aumento de sua gravidade, a força que age sobre os ossos (ou equivalente) de animais hipotéticos aumenta - Christian Huygens escreveu sobre isso no século XVII. O animal precisaria aumentar a seção transversal dos ossos para suportar tal força, e aumentaria conforme o quadrado do tamanho do animal. No entanto, esses efeitos desaparecem rapidamente, à medida que o peso corporal aumenta, como um cubo de tamanho. Em média, a massa máxima de organismos terrestres móveis diminui aproximadamente linearmente com o aumento da gravidade. Assim, em um planeta com gravidade 10 vezes menor do que na Terra, os animais poderiam viver 10 vezes mais.



Mas existem tamanhos mínimos para planetas - se for menor (menos de um décimo da massa da Terra), não será capaz de manter a atmosfera. Mais uma vez, estamos limitados por um fator de 10 em relação aos tamanhos que vemos na Terra.

A vida também precisa ser resfriada. Os desenvolvedores de chips de computador estão constantemente lutando para remover o calor gerado pela computação. Os seres vivos têm o mesmo problema: animais grandes têm uma alta proporção de volume em relação à superfície ou à pele. Como a pele é responsável pelo resfriamento do animal e o calor é gerado pelo volume, os animais grandes são resfriados com menos eficiência. Como Max Kleiber calculou pela primeira vez na década de 1930, a taxa metabólica por quilograma em animais terrestres diminui proporcionalmente à massa do animal no grau de 0,25. De fato, se a taxa de aquecimento não diminuísse, os animais grandes seriam simplesmente cozidos. Se assumirmos que, para o funcionamento normal de um mamífero, a taxa metabólica mínima deve ser de um trilhão de watts por nanograma, atingiremos o tamanho máximo de organismos da ordem de um milhão de quilogramas - que é menos de 10 vezes a massa da baleia azul, provavelmente a maior já vivida em Organismos da terra.

Você pode, em princípio, imaginar animais maiores em tamanho. Baseado no princípio de Landauer , que descreve a quantidade mínima de energia necessária para os cálculos, e assumindo que os recursos energéticos de um organismo multicelular lento e supermassivo são gastos apenas na reprodução lenta de suas células, descobrimos que os problemas de seu suporte mecânico superam os problemas de remoção de calor e servem como o principal fator limitante do crescimento . Mas, em tal escala, torna-se claro o que uma criatura faria ou como apareceria como resultado da evolução.

O filme clássico "Ten Degrees" foi filmado há quatro décadas, mas sua influência é muito profunda. Ele pode ser conectado, por exemplo, ao fato de que as estimativas ordinais são firmemente estabelecidas no uso científico e serviu de inspiração para a criação de software cartográfico, como o Google Earth.



A influência do filme é reforçada pela incrível simetria na história entre a imersão no microworld (na qual o observador mergulha para dentro de uma balança de piquenique nas margens do lago Chicago em uma escala subnuclear) e o movimento no macroworld (no qual voamos para longe da Terra e seu conteúdo em escalas gigantescas de espaço) .

Foi por acaso que nós, seres racionais, fomos capazes de nos mover em ambas as direções e estudar as grandes e pequenas escalas do Universo? Provavelmente não.

Gregory Laughlin é professor de astronomia e astrofísica na Universidade da Califórnia em Santa Cruz. Co-autor do livro " Cinco Eras do Universo - Por dentro da física do infinito " , escreve um blog em oklo.org.