For å finne ut om livet eksisterer utenfor jorden, må vi håndtere vår egen betydning i universet. Er vi noe unikt, eller er vi ikke noe spesielt?
Vi lever alle på en liten planet som kretser rundt en middelaldrende stjerne som er en av anslagsvis 200 milliarder stjerner i den enorme virvelen av materie som utgjør Melkeveiens galakse. Galaksen vår er antagelig av flere hundre milliarder lignende strukturer i det observerbare universet, og dens omfang i dag i alle retninger fra oss er mer enn 270.000.000.000.000.000.000.000 (2.7 × 1023) miles.
Etter enhver dårlig menneskelig standard er universet en enorm mengde materie og en enorm mengde plass. Vår art ble dannet i et ubetydelig øyeblikk av kolossal historie, og det ser ut til at det vil være en enda lengre fremtid med eller uten vår deltakelse.
Forsøk på å definere vår posisjon, å etablere vår betydning kan virke som en slags hypertrofert vits. Vi må være uhyrlige dumme hvis vi forestiller oss at vi i det hele tatt kan finne noen mening for oss selv.
Likevel prøver vi å gjøre nettopp det, til tross for vår tilsynelatende middelmådighet, som ble synlig da renessanseforskeren Nikola Kopernik, for rundt 500 år siden, sluttet å betrakte jorden som sentrum for solsystemet. Hans idé har blitt et av de største vitenskapelige oppdagelsene de siste hundre årene, samt en viktig indikator på vår vei til å forstå den indre strukturen i kosmos og naturen til den virkelige verden.
I våre forsøk på å vurdere verdien vår, blir vi møtt av en gåte: noen oppdagelser og teorier antyder at livet godt kan være vanlig og vanlig, mens andre sier det motsatte. Hvordan skal vi begynne å samle vår kunnskap om rom - fra bakterier til Big Bang - for å forklare om vi er viktige eller ikke? Og når vi lærer mer om vår plass i universet, prøver vi å forstå hva alt dette betyr for våre forsøk på å finne ut om det er andre levende ting i rommet? Hva vil være våre neste skritt i denne retningen?
Hva vet vi
Kampanjevideo:
På 1600-tallet ble handelsmann og forsker Antony van Leeuwenhoek ved å bruke sine egne håndlagde mikroskoper den første personen som så bakterier - en reise som førte ham inn i mikrokosmos fremmedverden. Denne bemerkelsesverdige nedstigningen, denne gliden ned trappene til fysiske dimensjoner inn i den overstrømmende verden i oss, var det første skrittet mot å forstå at komponentene i kroppen vår, vår masse av molekylære strukturer, eksisterer helt i enden av spektret av den biologiske skalaen. Jeg tviler på at før Levenguks fantastiske oppdagelse hadde folk muligheten til å tenke på dette faktum, ikke på et overfladisk nivå, men på et annet, dypere nivå.
Streptococcus pyogenes bakterier
Det er organismer på jorden som er fysisk større og mer massive enn vi er - se på hvaler eller trær. Imidlertid er vi mye nærmere den øvre enden av livsskalaen enn den mikroskopiske enden. De minste reproduserende bakteriene er hundrevis av milliarder ganger mindre enn en meter, og de minste virusene er fortsatt ti ganger mindre. Menneskekroppen er omtrent 10 eller 100 millioner ganger større enn det enkleste livet vi kjenner.
Blant varmblodige landpattedyr er vi også blant de store prøvene, men ikke helt på toppen av skalaen. I den motsatte enden er de minste slektningene våre, små spissmus - veldig små vesener av ull og kjøtt som bare veier to gram. De eksisterer på kanten av det mulige, og kroppene deres mister konstant varme, noe de nesten ikke kompenserer ved hjelp av rikelig mat.
Imidlertid er de fleste pattedyr nærmere nøyaktig størrelsen enn vår - spesielt når du vurderer at den gjennomsnittlige kroppsvekten til pattedyrpopulasjonen er 40 gram. Våre sofistikerte cellebaserte smarte kropper er helt på toppen, og relativt få pattedyr er større enn oss.
Det er ingen tvil om at vi er på denne kanten, på denne grensen mellom det komplekse mangfoldet av det biologisk små og de begrensede mulighetene til det biologisk store. Tenk deg vårt planetariske system. Stjernen vår er ikke en av de mest utbredte stjernetypene (de fleste av dem er mindre i masse), våre baner er for tiden mer avrundede og mer avstand fra hverandre enn i de fleste andre eksoplanetære systemer, og vi har ingen super- Jorden blant våre planetariske naboer.
Denne typen verden, flere ganger større enn jorden i masse, er representert i minst 60% av alle systemene, men i vårt solsystem er det ikke. Hvis du var arkitekten for planetariske systemer, ville du anse designet vårt for å være isolert, litt annerledes enn normen.
Noen av disse egenskapene er basert på det faktum at solsystemet vårt har unnsluppet en stor dynamisk omorganisering som de fleste andre planetariske systemer ikke har klart å gjøre. Dette betyr ikke at vi er sikret en stille og fredelig fremtid - de siste gravitasjonssimuleringene viser at systemet vårt innen flere hundre millioner år kan bli påvirket av en mer kaotisk periode.
Og om ytterligere fem milliarder år kan solen ekspandere med utbruddet av en krampaktig aldringsperiode og endre planets bestråling betydelig. Alle indikatorer indikerer at vi nå lever i en mellomtid eller grensetid, i en overgangsperiode mellom stjerneplanetær ungdom og den kommende svakhetsperioden.
Vår relativt rolige tilværelse i denne perioden, hvis vi vurderer den i ettertid, er ikke overraskende. Som med andre aspekter av vår situasjon, lever vi på et temperert sted, ikke for varmt eller for kaldt, kjemisk er miljøet vårt ikke for aktivt og ikke for inert, det er ikke for flyktig og ikke helt blottet for endring.
I tillegg er det i dag åpenbart at dette astrofysisk rolige nabolaget strekker seg langt utover galaksen vår. Fra et universets synspunkt eksisterer vi i en periode som er mye eldre enn den raske og voldsomme perioden i et ungt, varmt rom. Prosessen med å lage stjerner avtar overalt. Andre soler, andre planeter dannes med en gjennomsnittlig hastighet som bare er 3% av det som var i perioden fra 11 til 8 milliarder år siden.
Disse stjernene begynner sakte å bevege seg gjennom universet. Og hvis vi snakker i store kosmologiske termer, var det bare 6 eller 5 milliarder år siden at universet vårt begynte å avta etter Big Bang. Mørk energi, født fra selve vakuumet, akselererer veksten av rommet og bidrar til å undertrykke utviklingen av større kosmiske strukturer. Men dette betyr at livet til slutt er dømt i en skilt fremtid til kjedelig isolasjon i et stadig mer uforståelig univers.
Ta alle disse faktorene sammen, og da blir det klart at vårt syn på det indre og ytre rom er sterkt begrenset. Dette er en utsikt fra en smal stang. Faktisk kan vår intuitive forståelse av tilfeldige hendelser og vår vitenskapelige utvikling innen statistisk inferens ha vært annerledes hvis det var andre omstendigheter innen orden eller kaos, rom og tid.
Og selve det faktum at vi er for langt borte fra noe annet liv i rommet - til det punktet hvor vi ennå ikke har vært i stand til å fange noen av dets tegn eller møte det - har en sterk innvirkning på konklusjonene vi kan trekke.
konklusjoner
Vi har rikelig med bevis for å støtte Copernicus 'grunntanke om at vi ikke er noe spesielt. Men samtidig er det flere karakteristiske trekk ved miljøet vårt som indikerer det motsatte.
Noen av disse kvalitetene har gitt opphav til det såkalte antropiske prinsippet, ifølge hvilket visse grunnleggende konstanter i naturen fremstår som "finjustert", og dermed balanseres de grunnleggende egenskapene til universet nær grensene som gjør at jorden og livet på den kan eksistere. Hvis du går for langt i begge retninger, kan kosmos natur være helt annerledes.
Endre den relative tyngdekraften litt, og da vil stjerner enten ikke danne seg i det hele tatt, og ingen tunge elementer vil oppstå, eller store stjerner vil bli opprettet og forsvinner raskt uten å etterlate spor, ingen etterkommere, ingen vei til livet. Og hvis du endrer de elektromagnetiske kreftene, vil de kjemiske bindingene mellom atomer være for svake eller for sterke til å skape en rekke molekylære strukturer som lar deg ha så utrolig kompleksitet i rommet.
Spiralgalakse NGC 4258
Hva synes vi om alle disse motsetningene? Etter min mening presser fakta oss mot en ny vitenskapelig ide om vår relative plass i rommet, til å skille oss fra både kopernikanske prinsipper og antropiske ideer, og jeg tror også at denne nye ideen beveger seg i denne retningen, vil bli et uavhengig prinsipp. Kanskje vi kan kalle denne nye ideen for det kosmo-kaotiske prinsippet, plattformen mellom orden (den opprinnelige betydningen av det greske ordet kosmos) og kaos.
Dens essens ligger i det faktum at livet, og spesielt livet på jorden, alltid vil være på kontaktstedet eller i krysset mellom soner bestemt av egenskaper som energi, beliggenhet, skala, tid, orden og kaos. Faktorer som stabilitet eller kaos i planetbaner, eller variasjoner i klima og geofysikk på planeten, er direkte manifestasjoner av disse egenskapene.
Hvis du beveger deg for langt fra disse grensene, vil balansen skifte mot en ugunstig tilstand. Livet vårt krever den rette kombinasjonen av ingredienser, en blanding av ro og kaos - den rette kombinasjonen av yin og yang.
Å nærme seg disse grensene gjør slike endringer og variasjoner mulig, men man bør ikke komme for nærme for ikke å overvinne hele selve systemet. Det er åpenbare paralleller med begrepet en beboelig sone (Goldilocks-sone), ifølge hvilken temperaturen i rommiljøet for en planet rundt en stjerne ligger i et smalt område av parametere.
Når man ikke ser eksistensen av liv, kan den beboelige sonen være mye mer dynamisk - den trenger ikke å være løst i tid og rom. Snarere er det en kontinuerlig bevegelig, kronglete og bøyende bane med mange parametere - som stiene som er lagt av en dansers hender og føtter.
Hvis den universelle regelen er at livet bare kan eksistere under disse forholdene, oppstår det noen spennende muligheter angående vår betydning i rommet. I motsetning til Copernicus 'strenge ideer, som understreker middelmådigheten vår og derfor antar tilstedeværelsen av mange lignende forhold i rommet, reduserer forestillingen om at livet krever justering av forskjellige og dynamiske parametere antall alternativer.
Mulighetene for livet som følge av denne nye tilnærmingen skiller seg også fra antropiske ideer, som i sin mest radikale del kun forutsier ett sted for dannelsen av liv i rom og tid generelt. I stedet definerer den nye regelen hvor livet skal oppstå, så vel som den potensielle frekvensen det gjør. Den nye regelen klargjør de grunnleggende egenskapene som er nødvendige for å bo i et mulig rom med mange valsende parametere - det indikerer de fruktbare sonene.
Denne typen regel om livet gjør ikke nødvendigvis levende vesener til en spesiell del av virkeligheten. Biologi er sannsynligvis det mest komplekse fysiske fenomenet i vårt univers - eller i ethvert univers som overholder visse lover. Men dette er kanskje den ekstreme grensen for en funksjon: en ekstremt kompleks naturlig struktur som oppstår under de rette forholdene, på grensen til orden og kaos.
Og denne formuleringen av begrepet hvor nøyaktig livet passer inn i naturens store ordning, fører direkte til løsningen på gåten, der det er overbevisende, men ikke definitive argumenter for at livet skal eksistere i overflod og at det er ekstremt sjeldent.
Caleb Scharf
Caleb Scharf er direktør for det tverrfaglige astrobiologisenteret ved Columbia University; han er forfatter av Gravity's Engines: How Bubble-Blowing Black Holes Rule Galaxies, Stars, and Life in the Cosmos.
