コペルニクスが 400 年以上前に地球は宇宙の中心ではないと私たちに語ったとき、彼はそれがここまで続くとは想像もできませんでした。天文学と宇宙論の手によって、私たちはほぼ無に帰したように見えます。時間と空間の断片の中の斑点であり、それ自体が宇宙全体である斑点の中にあります。しかし、この事実をどのように解釈すればよいでしょうか。コペルニクスの物語のこの究極の拡張は、私たちの無限に平凡な運命を封じるのでしょうか?この質問は、最初に思われたよりも複雑です。
重要でないと感じやすい
それは、恒星アルファ ケンタウリ B の周りにある私たち自身の銀河の裏庭から始まります。昨年、私たちは、隣人に少なくとも 1 つの世界が存在することを発見しました [1]。私たちが家と呼ぶような場所ではありません。その年はわずか3日です。その表面温度は摂氏 1,000 度を超える可能性があり、ケイ酸塩岩を溶かすのに十分です。到着すると、灼熱のミネラル蒸気に浸り、肺を急速に調理します。つまり、蒸発したパフで爆発する前です。
しかし、それは地球サイズで、わずか 4 光年しか離れていません。この星系には、もっと温帯の惑星が他にもあるかもしれません。これらの世界は、宇宙の隣人の中で最も近いモートにすぎません。私たちの天の川銀河には 2000 億個以上の星があり、観測可能な宇宙にある数千億個の銀河 [2] の 1 つです。そして、私たちはここ数年で、世界の漂流物とジェットサムがこの目もくらむような星景の周りで衝撃的な効率で形成されていることを知りました. (惑星検出を参照)
1995 年、太陽に似た恒星の周りに太陽系外の惑星 (系外惑星) が初めて検出されました。それ以来、知られている系外惑星の数は数百に急増し、2,700 の確固たる候補と 18,000 もの星がさらなる研究を必要としています。いくつかの恒星系は、重力カオスの毛むくじゃらの端に浮かんでいる軌道に詰め込まれて、積極的に世界で爆発しています。実際には、宇宙には恒星の数よりもはるかに多くの惑星が存在する可能性があります。つまり、大小さまざまな、高温または低温の惑星が何百とあり、おそらく私たちの地球に漠然と似ている惑星もあります。実際、最近の分析 [3] は、すべての星の少なくとも 15% が、表面に液体の水が存在する可能性があるゾーン内を周回する地球サイズの惑星を持っている可能性があることを示唆しています。
これらの惑星に生命が存在する可能性も高まっています。近年、宇宙は地球上の生命が使用するのとまったく同じビルディング ブロックで満たされていることがわかりました。外に目を向けると、星間空間を漂う分子の 70% 以上が炭素原子を含んでいることがわかります。炭素原子は、予備の価電子により、他の元素と結合するのに非常に優れています。
宇宙空間は、広大なスロークッカーであることが判明しました。 最も密度の高い 星間ガスには、1 立方センチメートルあたり 10,000 個の水素原子と、3 つまたは 4 つの炭素原子が含まれている場合があります。これは、私たちが呼吸する空気の密度の 1000 兆分の 1 にすぎません。深宇宙の原子は、パートナーにぶつかる前に 100,000 km 移動することがあります。しかし、宇宙には独自の秘密のソースがあります。プロトン化された水素分子 [4] または H3+ と呼ばれる 3 つの陽子と 2 つの電子の長い間過小評価されてきた群れは、要素が衝突したり、星から生成された微細なケイ酸塩や炭素ダスト粒子の表面に付着したりする際に、反応の大きなネットワークを触媒します。 (星間反応を参照してください。) 何百万年にもわたって、ベンゼン環の配列に数十個の炭素原子を含む、多環式芳香族炭化水素と同じくらい複雑な化合物が製造されています。他の構造は、アミノ酸の前駆体であり、あなたと私が作られています.ここ地球では、数十種類のアミノ酸を含む落下隕石のこの活動の化学記録を読み取ることができます。彼らが私たちに降り注いでいるとすれば、それらはおそらく他の惑星に落ちており、生命のためのスターターミックスのような形で無数のエイリアンの生化学の始まりを築いていると考えられます.そして、私自身の推測では、複雑な有機体にたどり着くには非常に多くの異なる方法があり、たまたま私たちが地球にいることを可能にしたステップは、そのまま他の場所にコピーする必要はありません.
これらの観察に直面して、地球上の生命の事実と性質がまったく特別であると主張するには、いくつかの非常に不自然な状況を引き合いに出す必要があるように思われます.
それから最後のフロンティアがあります—いいえ、スタートレックのものではありませんが、それよりもはるかに大きなものです.現在、多くの宇宙論者は、私たちの宇宙は膨大な数の宇宙「もの」の 1 つにすぎず、それぞれが独自の一連の物理法則を持ち、ほとんどが空間と時間で区切られていると確信しています。これらのアイデアのいくつかは、非常に初期の宇宙の指数関数的なインフレーション膨張と、「無」自体の一見固有の不安定性を推進する物理学から自然に生まれます。今日では憶測にすぎませんが、これらのアイデアはすぐにテスト可能になるかもしれません。私たちの宇宙が他の宇宙に「ぶつかる」という微妙な兆候は、広範囲にわたる宇宙放射線の背景、または広大なスケールにわたる物質の動きに存在する可能性があり、どちらも次世代の天文学実験による検出に適しています.
私たち自身の宇宙の目まぐるしい広がりに他の生命がまったく存在しないという一見ありそうにないケースでさえ、それぞれが独自の物理学、独自の未知の惑星を持つ無限の宇宙の広がりの中に何も存在しない可能性ははるかに低いです。
私たちはここにいます。
ふぅ。私たちは大きな、大きな場所にいます。考えるのは疲れるかもしれません。そして私たちは、平均的な学者がわずか 600 年前に想像していた創造の中心と目的からはほど遠い状態です。しかし、この広大さは私たちにとって本当に何を意味するのでしょうか?どのように反応するべきですか？もし これらの多くの宇宙で唯一の生命である私たちは、ある意味で もっと 特別—より重要。そして、摩擦があります。私たちの反応は、他の生命が実際にそこにいるかどうかによって異なります.
地球を超えた生命の発生に関する私たちの定量的推論は、トーマス・ベイズ [5] と呼ばれる、それまで無名だった 18 世紀の英国の数学者で非国教徒の神学者のおかげです。ベイジアン統計は信頼性がすべてです。これを説明するために、経験の浅いが数学的庭師 [6] を想像してみてください。彼女は一区画の土地と、「種」と呼ばれるこれらの不思議なものでいっぱいの大きな袋を持っています。庭師は気まぐれで、これらの種の 1 つを土に埋め、水をやり、待ちます。
この段階では、彼女は次に何が起こるかわかりません。数日が経過すると、見よ、シュートが現れる！しかし、これはどういう意味ですか？種子は常に芽を出しますか?これは有望な可能性であり、庭師はこれが再び起こるという彼女の自信の尺度を定式化します.彼女の仮説は、種子が発芽する確率と発芽しない確率は同じであるというもので、確率はどちらの結果でも 1 対 1、つまり 50% です。この仮定は、「一様 事前確率」と呼ばれ、 」は明らかに真実ではありませんが、最も論理的な仮説です。庭師は、自分の実験の結果として、芽が出る場合と出ない場合の 2 つの結果があることだけを知っています。いずれにせよ彼女に偏りを持たせるにはデータが少なすぎるため、彼女はそれぞれの結果に等しいオッズを与えます.
彼女は先に進み、地面に別の種を植え、数日待つと、別の新芽が現れます.彼女は今、2 つの種子が発芽するのを見たので、自信を修正して、植えた種子が発芽する確率を 2 対 1 にします (66.6%、つまり 3 つの結果のうちの 2 つ)。 3 回目の成功で、これは 3 対 1 (75%) に増加します。新しい芽が出るたびに、庭師はますます自信を深めますが、植えられた種子が成長することを完全に確信することはできません. 100 回目の撮影が行われるのを見たときでさえ、彼女はこれが再び起こると約 99% しか確信していません.
宇宙における生命の豊富さの問題は、この種のベイジアン分析の機が熟しています。そして 2011 年、プリンストン大学の 2 人の科学者、David Spiegel と Edwin Turner [7] がまさにそれを行いました。彼らのアプローチは庭師のアプローチよりもはるかに洗練されていましたが、重要な特徴を共有していました。実際、彼らのデータ全体は、ここ地球上で微生物生命が急速に「発芽」し (生物発生と呼ばれる事象)、約 38 億年後に複合細胞の知的生命体が出現したということで (少し分かりやすく) 要約することができます。これを非常に観察してください。これら 2 つの事実は、宇宙の他の場所に生命が存在する可能性について何を教えてくれますか?
答えは、あまりありません。ベイジアン分析の核心は、結論が以前の仮定からどの程度導き出され、実際のデータからどの程度導かれるかを比較検討することです。この場合、宇宙の生命についての私たちの結論は、私たちが仮定するもの、つまり 以前の ものに大きく依存していることが明らかになります。 理論は、惑星での生命の発生確率に関するものであり、地球上の特定の結果に関する程度は低い.生物発生の頻度が一定であるか、おそらく惑星の年齢とともに減少すると仮定する単純で楽観的なモデルは、ここ地球上の生物発生に合わせて調整すると、宇宙生命の豊富さを予測します。しかし、このモデルは、100億年または1000億年に1回という低い生物発生率を認めており、宇宙における最初の生命である可能性も示唆しています。モデルを少し変更すると、すべての賭けがオフになります。どちらの方向にも信頼を寄せるには、データが少なすぎます。
さらにシュピーゲルとターナーは、この分析は単純な事実に依存していることを示しています。私たちは質問をするためにここにいるのだから、知的生命体の最終的な出現をサポートする惑星にいるに違いないということです。残念なことに、結果として、私たち自身の存在は、地球外生命体の可能性について実際にはほとんど何も教えてくれません。それは、ある意味で、質問自体の反響です。
調査の結果 1 つ を見つけるだけで、私たちの理解がどれほど大きく変化するかを鮮明に示しています。 宇宙の生命の他の例。特定の惑星での生物発生の確率は、10 倍以上に上昇し、10 億年に 1 回以上になります。宇宙の年齢はわずか 138 億年なので、これが違いを生みます。突然、私たちの銀河は生命でいっぱいになりました.
私たちは炭素質生命体で満ち溢れた宇宙における標準的な例なのだろうか?簡単に言えば、私たちは知りません。しかし、私があなたに言えることは他にもあります。科学は、生命が、どのような生命であっても、ある意味では平凡ではないことを示しています。
宇宙と一体
私たちの凡庸さの概念に異議を唱えるかもしれない、非常に古く、深く、そして重要な何かがあります.
それは、あなたが宇宙の積み重ねからできているから始まります。 38億年ちょっと前に、あなたの一部が地球に衝突しました。それは、一握りの炭素、酸素、または窒素原子、または現在分子内に存在する多くの水素原子核の一部であった可能性があります.原始的なものとは、100 億年前に起こった熱いビッグバンの残骸です。消滅する物質と反物質で満たされた宇宙の 10 億分の 1 の尾鉱の断片。
あなたのより重い元素は、他の星の消化器系を通過しました。 1000 万度の恒星コアで核融合によって調理されます。数百万マイルの深さになる可能性のあるプラズマの沸騰するマントの下で視界から隠されているこれらの小さな物質のクラスターは、最終的に超新星爆発で星間空間に分散し、銀河全体を一時的に凌駕する可能性があります.宇宙の寒さで冷やされて、彼らは星雲に生息し、最終的に再び重力の執拗な抱擁に屈して、成長するベビースターを取り巻く若々しい物質の渦の渦の中に落ちます.星が十分に大きい場合、このプロセスを 1 回行うだけで、より重い元素を少しずつ作ることができますが、私たちのような世界を構築するのに十分なほど宇宙を豊かにするには、複数の星の世代が必要です。私たちは家系図のかなり下の方にあります.
私たちの惑星の誕生にさかのぼると、要素は最初に大規模な初期衝突で到着し、その後、金属、岩石、氷の雨が徐々に減少していきました [8]。その後何十億年もの間、これらの原子はさまざまな経路をたどりました。海洋や大気に運ばれたものもあれば、浮遊する惑星地殻の冷却鉱物に隔離されたものもありました。何兆もの微視的な生物が、これらの原子の多くを何十億年にもわたって処理してきました.
一部の原子は、昆虫、植物、動物など、さまざまな軌跡と歴史をもつ他の生物に取り込まれました。今日まで、母親から受け継がれた食べ物、あなたの食べ物、呼吸する空気、飲む水は、あなたの体の一部になります。
しかし、宇宙のいくつかの基本的な物理定数と初期特性がわずかに異なっていれば、銀河、星、重元素、至る所にある炭素分子、そして生命そのものへのこれらの経路は破壊されるでしょう.たとえば、微細構造定数は、原子のサイズと挙動を決定します。もう少し大きかったり、小さかったりすると、惑星のような物体は形成されず、化学はそのように機能しません。重力の強さがもう少し強ければ、すべての星は青色巨星になり、地球のような惑星は存在できなくなります。もう少し小さかったら、すべての星が赤色矮星になり、重元素はあったとしてもほとんどなくなります。
他にも明らかな一致があります。星の腹での炭素の生成は、炭素 12 原子核の特定の共鳴励起エネルギー状態の存在、ベリリウムの異常な安定性、および酸素 16 原子核の性質に依存しています。これらすべてのアヒルが一列に並んでいなければ、炭素はありません.炭素がなければ生命は存在しません。 発見できたのも偶然の一致です。 このすべて。 (ミドルグラウンドを参照)。
このような観察は、人類の原理 [9] につながっています。これは、私たちの存在そのものが何らかの形で宇宙に関連しているという考えです。 （実際、それは私たちの存在である必要はありません。なぜなら、生命の存在がうまくいくからです。したがって、「人間性」は少し利己的であり、原則は少し間違った名前です）。この原則にはさまざまなバリエーションがあります。いわゆる「弱い」バージョンが最も単純です。これは、生命の明らかな微調整は選択バイアスであると述べています。この方法がなければ、私たちは単にそれを調べるためにここにいないからです。弱い人間原理は、複数の宇宙の存在に対する初期の議論でした。これにより、なぜこの宇宙がこのようになったのかを説明する必要がなくなり、基礎物理学から出てきた多元宇宙のアイデアにつながります。私たちは単に生命に適した宇宙に存在しています。強力な人間原理はさらに先へ進み、実行可能な宇宙は何らかの形で 強制された ものであると主張します。 私たちのような生命を生み出すために、それ以外の方法はありません。
生命が私たちの宇宙の究極の目的または表現であると仮定する一連の考えさえあります。それは、私たちがそこに存在するのに不思議なことに適しているように見える広大な空間における複雑さの神格化です.実際、偉大な物理学者である故ジョン・ウィーラーは、情報 すべての物理学の根底にあります。その結果、情報から構築された意識自体が現実の重要な構成要素であり、私たちの宇宙は意識が現実に影響を与える参加型宇宙である可能性があります.
ほとんどの点で、生命と私たちの宇宙の基本的な特徴とのつながりと人間原理は、コペルニクスの世界観とは正反対であり、不快なものになる可能性があります。しかし、これらの事実が達成することは、私たちが「私たちのような」人生であると考えるものの輪を広げることです.地球外の生命も炭素ベースである可能性が非常に高く、モノマーの同様の組み合わせによって複雑な情報伝達化合物になり、同様の選択プロセスを通じて進化し、同じ宇宙の偶然によって可能になります。言い換えれば、同じ生地から裁断されたものです。
確かに、私たちが見つけた生命が本当に私たちから独立しているということには、しつこい疑いがあります.私たち自身の太陽系では、小惑星は過去 45 億年にわたって惑星を破壊してきました。衝突のたびに、微生物が生息する表面物質をさまざまな「コンベヤーベルト」軌道経路に放出する可能性があります [10]。火星の破片は最終的に地球に到達します。地球の破片は火星に行き着き、遠く離れた巨大惑星の月にも行き着きます。自然は、私たちの太陽系ですでに生命の混合ディアスポラを作成している可能性があります。また、はるか昔の橋を介して、遠く離れた生命が私たちの生命とつながっている可能性もあります。
したがって、地球外に生命体が見つかった場合、ベイジアンは彼らの仕事を切り詰めることになります。私たち自身の重要性に対する私たちの感覚については、私たちの宇宙に定着した生命の性質を確認することによって、それが強化されると主張することができます.一方で、私たちは物事を個人的に捉える傾向があり、生命に満ちた宇宙ははるかに小さく見えるかもしれません.
ユニーク vs. 重要
私たちは、独自性と重要性という 2 つの明確な問題に取り組んでいます。独自性はアプローチしやすいです。宇宙生物学者にとって、一意性は、地球と地球上の生命が他のどことも異なる可能性として定義できます。一方、霊長類学者は、独自性を進化上のいとこから私たちを区別する特徴の集まりとして定義する場合があります。コンピューター サイエンティストにとって、一意性は、情報を処理および保存する具体的な方法によって定義できます。いずれの場合も、答えは単純ではないかもしれませんが、進歩はしています。
私自身の分野では、天文学者と太陽系外惑星学者が実際に、エイリアンのシステムと世界が生命に適しているかどうかを評価することにより、私たちの独自性を定量的に測定し始めています。 10 年以内に、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、近くの地球サイズの惑星が生物圏の化学的特徴を示すかどうかを教えてくれるかもしれません。フィルタリングされた星明かりのスペクトルを通して彼らの大気を嗅ぎます。そして、設計図から現実へと移行し始めている新しい巨大な望遠鏡は、同じことを行うのに役立ちます.
重要性はよりトリッキーであり、おそらく、天文学が独自の視点を与える問題でもあります。確かに、私たちの銀河系と宇宙全体であらゆる種類の生命が発生する頻度は関連しています。私たちはこの質問を洗練する過程にあり、すべての生命を防ぐために宇宙がどれだけ異なる必要があるかだけでなく、どのような詳細な特性が生命の豊富さに対応するかを尋ねています.
しかし、これで十分でしょうか？好むと好まざるとにかかわらず、重要性は私たち人間にとって感情的な問題であり、さまざまなことを意味する可能性があります。それは、私たちの家、私たちの惑星、私たちの宇宙が重要であるかどうかについてです。 私たちが この広大な宇宙の大聖堂で私たちが重要であるかどうかは問題ではありません。言い換えれば、自然が気にするかどうか。少なくとも今のところ、科学がそれを助けることができるとは思えません。しかし、科学は、私たちが興味深く深い意味で宇宙に属していることを教えてくれました。つまり、ますます重要性が低下しているコペルニクスの物語について慎重に考える必要があるということです。
では、科学は私たちの運命を決めたのでしょうか?答えは圧倒的に いいえ です .科学が教えてくれることは何でも (そして多くの場合 なぜなら それが私たちに伝えていることの）、私たちは自分の手で問題を解決し、作成する能力を持っています 私たち自身が重要です。私たちの太陽系とその先の星系は、探査と居住のための巨大な地形を表しています。私たちの姉妹惑星への旅行には大きなハードルがありますが、星間空間自体はなおさらですが、明らかに不可能なことは何もありません.
ロボットのアバターを宇宙に送り出すだけで満足したとしても、そうすることで、有意方程式の基本的なバランスを変える機会が得られます。私たちの存在を拡大することで、私たちの種の寿命を延ばす方法を見つけるだけでなく、宇宙における私たちの位置について私たちが常に尋ねてきた質問の最も基本的な教訓を修正する方法を見つけるかもしれません.私たちは、私たちが探している意味になることができます。
Caleb Scharf は天体物理学者であり、ニューヨークのコロンビア大学の宇宙生物学のディレクターです。彼の人気のある科学の本には 重力のエンジン:泡を吹くブラック ホールが宇宙の銀河、星、生命をどのように支配するか、 と コペルニクス・コンプレックス:私たちの宇宙 (内) の重要性の探求 （2014 年 4 月予定）
参考文献
1. Dumusque、X.、ら。 アルファ ケンタウリ B を周回する地球質量の惑星。自然 491、207 (2012)。
2. Beckwith、S.、他。ハッブルウルトラディープフィールド. 天文ジャーナル 132、1729. http://arxiv.org/abs/astroph/0607632 (2006).
3. Dressing, C. &Charbonneau, D. 小さな星の周りの小さな惑星の発生率。 天体物理ジャーナル http://arxiv.org/abs/1302.1647 (2013)。
4. McCall, B. &Oka, B. H3+ – 多くの才能を持つイオン。 科学 287、1941-1942 (2000)。
5. Bayes, T. &Price, R. 偶然の教義の問題解決に向けたエッセイ。 ロンドン王立協会の哲学的取引 53、370–418。 http://www.stat.ucla.edu/history/ (1763)。
6. Spiegel, D. &Turner, E. 地球上での生命の初期出現の宇宙生物学的意味のベイジアン分析。 全米科学アカデミーの議事録 109、395-400 (2011)。
7. クリダ、A. 太陽系の形成。 現代天文学のレビュー 21、http://arxiv.org/abs/0903.3008
（2009）。
8. Carter, B. 多数の偶然と宇宙論における人間原理。 「宇宙論と観測データの対立」、シンポジウムの議事録 、クラクフ、ポーランド。 Dordrecht, D. Reidel Publishing Co. (A75-21826 08-90) 291-298 (1974)。
9. Mileikowsky、C.、他。生存可能な微生物の宇宙への自然移動。 「火星から地球へ、そして地球から火星へ」 イカロス 145、391-427 (2000)。
10. Krauss, L. &Scherrer, R. 静的宇宙の復活と宇宙論の終わり。 現代物理学国際ジャーナル D 、17、685-690（2008）。
