为什么生命局限于我们在地球上遇到的尺寸
宇宙物体的大小从夸克相互作用的10
-19 m微小尺度到距我们10
26米的宇宙地平线不等。 在这些可接受的45个数量级中，我们知道的生命受到一个相对较小的间隔的限制，只有9个数量级，大约位于宇宙的中间：细菌和病毒小于一微米，小于10
-6米，最大的树的高度达到约100 m。 [美国人称它们为蜂蜜蘑菇-大约 [trans。]，生活在俄勒冈州蓝山山脉的山脚下，很可能是一个跨越4公里的单一生物。 已知的智能生命的规模甚至更小，约为三个数量级。
但这有什么不同吗？
计算理论的进步表明，意识和理智需要四方语言的原始元素，即“轮廓”。 由于我们的大脑由神经元组成，而神经元实际上是专门的协作单细胞生物，因此我们可以得出结论，为了证明我们的能力，生物计算机的大小必须与大脑相当。
我们可以假设有可能创建比人工智能系统小的神经元。 现在，电路元件比神经元小得多。 但是它们的行为更简单，此外，它们需要支持它们的上层结构（能源供应，冷却，通讯），这会占用大量空间。 尽管第一个智能系统将基于根本不同的材料和体系结构，但最有可能在尺寸上与我们的身体相媲美。 这也表明电表秤有些特殊之处。
那巨大规模的末日呢？ 威廉·伯劳斯（William Burroughs）在他的小说《爆炸的门票》（The Ticket That Burst）中，设想在行星表面下，是“在不加急的晶体沉积中，在绝对零思考附近的巨大无机意识”。 天文学家
弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）戏剧性地，令人信服地写了关于智能和超级智能的“黑云”，其大小可与从地球到太阳的距离相比。 他的想法先于戴森（Dyson）的球体，这些巨大的结构完全包围了恒星并带走了大部分能量。 我的同事弗雷德·亚当斯（Fred Adams）和我所做的计算都支持这一点。 事实证明，在垂死的红色巨人发出的乌黑风中，可以找到当今星系中处理信息最有效的结构。 数万年来，被尘埃包围的红色巨人提供了必要的能量，足够大的熵梯度和足够的原材料，有可能超过十亿个地球行星的生物圈的估计容量。
这些生命形式有多大？ 有趣的想法不仅需要复杂的大脑，还需要足够的时间来制定。 神经元中信息的传输速度为每小时300 km，即信号在大约1毫秒内穿过人脑。 事实证明，有2万亿个这样的过渡适合一个人的生活（并且每个过渡都通过丰富且高度并行的结构得到了增强）。 如果我们的大脑和神经元长10倍，并且信号的寿命和速度没有改变，那么我们一生的想法就会减少10倍。
如果我们的大脑长到了太阳系的大小，并且信号以光速在其中传输，那么要传输类似数量的信息将需要整个宇宙的整个时代，而这将没有时间进行进化。 如果大脑大小与我们的银河系差不多，那么问题将变得更加严重。 从其形成的那一刻起，将有足够的时间仅将10,000条消息从头到尾穿过它。 因此，很难想象具有与人类相当的复杂性的生命形式，其占据的尺度远远超过恒星的大小。 如果它们存在，它们将没有足够的时间来处理任何事情。
有趣的是，应用于身体的环境限制也将生命限制为出现智能所需的大小。 最高红杉的高度受到限制，因为它们无法将水升高到100米以上-这种限制是对地球的重力（将水拉下）以及木质部中的蒸发，湿润和表面张力（将其拉起）的综合考虑。 如果我们假设其他行星上的重力和大气压力与地球的相差不超过10倍，那么我们将得到相同的限制，相差不超过两个数量级。
如果我们还假设生命的大部分与行星，卫星或小行星联系在一起，那么引力也会设定一个自然尺度。 随着行星的增加和重力的增加，作用在假想动物的骨骼（或其等效物）上的力也增加了-
克里斯蒂安·惠更斯在17世纪对此进行了描述。 为了承受这种力，动物需要增加骨头的横截面，并且随着动物尺寸的平方增加。 但是，随着体重的增加，这些影响会迅速消失，就像一个立方体一样。 平均而言，随着重力的增加，陆地移动生物的最大质量大约呈线性下降。 因此，在一个重力比地球小10倍的星球上，动物的生活可能会多10倍。
但是行星有最小尺寸-如果它较小（小于地球质量的十分之一），它将无法容纳大气层。 同样，相对于我们在地球上看到的大小，我们受到了10倍的限制。
生活也需要冷却。 计算机芯片开发人员一直在努力消除计算产生的热量。 生物具有相同的问题：大型动物的体积与表面积或皮肤的比例很高。 由于皮肤负责动物的降温，并且热量是由体积产生的，因此大型动物的降温效率较低。 正如
马克斯·克莱伯（Max Kleiber）在1930年代首次计算的那样，陆生动物每公斤的代谢率与动物的质量成比例地降低0.25。 实际上，如果加热速率不降低，大型动物将被简单地烹饪。 如果我们假设哺乳动物的正常运作，最低代谢率应为每纳克1万亿瓦特，那么我们将达到的最大生物量约为100万公斤-不到蓝鲸质量的10倍，可能是有史以来最大的蓝鲸。地球生物。
原则上，您可以想象更大的动物。 基于描述计算所需的最小能量
的Landauer原理 ，并假设超大规模缓慢的多细胞生物的能量资源仅用于其细胞的缓慢繁殖，我们发现其机械支撑问题取代了排热问题，并成为增长的主要限制因素。 但是，以这样的规模，还不清楚这样的生物会做什么，或者由于进化而出现的样子。
经典电影《十度》是四十年前拍摄的，但影响非常深。 例如，它可以与以下事实联系在一起：顺序估算值已在科学用途中牢固确立，并为创建地图软件（例如Google Earth）提供了灵感。
这部电影的奇妙对称性增强了影片的影响力，其中包括沉浸在微观世界中（观察者以亚核级从芝加哥湖沿岸的野餐尺度向内跳入）和宏观世界中的运动（在飞行中我们从地球及其内容飞离而成为巨大的空间尺度） 。
是我们的理性存在者能够偶然地朝两个方向移动并研究宇宙的大小吗？ 可能不是。
格雷戈里·劳克林（Gregory Laughlin）是加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的天文学和天体物理学教授。 《 宇宙的五个时代-无限物理学的内心 》一书的合著者，在oklo.org上写了一个博客。