私はイギリスのとても田舎の小さな村で育ちました。それは、低地の海岸地帯の巨大な空に覆われた風景でした。なだらかに起伏する畑、長い生け垣、たくさんの農場。これらの農場を経営している人々の何人かは、何世代にもわたってやってきたので、彼らの祖先が 4 世紀以上にわたって土地を耕作していた場所を指摘することができました。子供の頃、農家がその土地にもたらされた深刻な変化と、私たちの多くが恩恵を受けている現代世界の装備なしで対処した先祖に対する彼らのほとんど隠されていない驚きについて考えるのを聞くのは魅力的でした.遠い過去の世代にとって、存在のルールは根本的に異なっていたようです.
今日、私たちはエイリアンの系統の性質について推測するように私たちを生み出した宇宙を見渡すとき、同様のパズルに直面しています.私たち自身の惑星は、今日のように常にあったわけではなく、当惑するほど多様な体の計画と生化学的戦略がすでに発生し、消滅しています.系外惑星や遠方の銀河でのダーウィン進化論の実験が、私たちになじみのある戦略に収束する運命にあるのかどうかは、まったくわかりません。現在、またはますます速く拡大する宇宙の未来のいずれかです。
深く不都合な真実は、多くの想像力に富んだ提案にもかかわらず、全体像の重要な部分を見落としている可能性が十分にあるということです。農業従事者が土地の規則の変化に驚嘆するのと同じように、宇宙の生命の見通しと規則が常に同じであるとは限らず、将来もほぼ確実に同じではないという事実を、私たちはより完全に受け入れる必要があるかもしれません。 .
1つには、あなたが約120億年前（私たちが知っている生物学的生命がすでに可能だったかもしれないと考える理由がある時代）に進歩した種だったとしたら、知識と物理的探査の究極の範囲は大きく異なっていました.今日よりも、または今から数千億年後よりも.
最近の作品では、The Precipice:Existential Risk and the Future of Humanity の著者である哲学者 Toby Ord が 、拡大し、加速する宇宙で生命体が直面する境界の性質を明らかにするように見えました。私たちのような種にとって、知ることができるものの境界があります。現在観測可能な宇宙 (そこから光が到達した宇宙) と、最終的に観測可能な宇宙 (そこから最終的に光が到達する宇宙) です。因果関係や探索には、より制限的で小さい境界もあります。 影響力のある 宇宙は、光のパルスまたは光速に近いプローブを送信することによって、原則として相互作用できるボリュームです。そして最終的に観測可能な 宇宙は、光速に近い探査機が情報を収集できる宇宙の拡大された体積です。
これらの宇宙の境界の重要な特徴は、どの種の起源から見ても、宇宙には決して観察したり互いに影響を与えたりできない領域が存在することである、と Ord は指摘します。これらは因果的に重複しない部分です。ますます急速な宇宙膨張と光の有限速度によって引き起こされる、非常に大きなスケールでの現実の深刻な「断片化」です。
星間や銀河間旅行が容易な超高度な種にとって、彼らの領土のこの究極の孤立は、実際にはすべてを占有することを奨励するかもしれません.ある時点で、もはや競争はなくなり、あなたの宇宙の断片の心臓部に侵入する可能性はなくなるので、隅々まで埋めてみませんか?言い換えれば、私たちのおとぎ話のような「銀河帝国」の概念は、あまりにも保守的であり、的外れである可能性があります。真の帝国は、過去と未来の因果関係にある宇宙の断片にまたがるでしょう。おそらく、これらは何十億もの銀河を包含する可能性がありますが、それは私が説明するように、特定の条件下でのみです.
本当に奇妙なことは、これらの基本的な境界と断片化の範囲も、すべての人にとって同じではないということです.ビッグバン後の最初の 70 億年から 80 億年の間に、宇宙の膨張は減速し、暗黒エネルギーと呼ばれる現象が加速し始めました。最初の数十億年の種は、宇宙ダイナミクスのこの差し迫った変化に気付いていない可能性があり、その結果、より多くの銀河を含むはるかにアクセスしやすい宇宙に住んでいたと推測して、異なる見通しを持つ可能性があります.重要なことに、宇宙の膨張が進化したとしても、彼らは実際に測定可能なほど特別な有利なスタートを切ったことに気付くようになる.
これは、2 つの極端な例を見るとわかります。今日から約 1,500 億年後、加速する宇宙空間の拡大により、私たち (または私たちの場所にいる種) は、私たち自身のローカル以外のものを観察したりアクセスしたりすることができなくなります。光速に近い速度で移動する銀河群。これは数十個の銀河に相当し、ほとんどが小さな矮星です。しかし、ビッグバンからわずか数十億年後に存在する生命は、その初期の小康状態の期間に、周囲へのアクセスがはるかに大きくなり、十分に迅速に出発した場合、文字通り数十億の到達可能な銀河が存在する.密集した土地のシャイアや村に囲まれているのとは対照的に、ほぼ無限の草原にいるのと同じように違いはありません.
そのような種の血統が今日でも存在していたとしたら、彼らは広大な宇宙領域を蓄積しただけでなく (そして想像を絶する技術的進歩も)、常に 後に続くどの種よりも異なる機会の未来に直面しました。初期の先駆種の分散能力は、劇的な種類の創始者効果 (先祖の個体数が限られているために遺伝的多様性が減少する) につながる可能性もあり、古代の種と宇宙の新参者との間の違いをさらに増幅します.
種子が空中に浮遊する丈夫で肥沃な植物を想像することで、それを想像することができます.これらの種子の 1 つが海を渡って、植物の生えていない新しい大陸に運ばれ、そこで発芽し、植物の始祖種になります。何百万年もの進化の後でさえ、その大陸はその共通の祖先が 1 つしかないため、植物相の遺伝的多様性が少なくなっています。星間探査機でさまざまな種を宇宙に浮かべ、最終的には スタートレック で - スタイル、1 つの巨大な地域での生活は、見た目、行動、 である可能性があります ほとんど同じですが、他の場所では大幅に異なる場合があります。
ただし、エイリアンの生命に適用できる極端な差異はこれだけではありません。素粒子物理学の標準モデルの枠組みの中で、時間と環境の両方に応じて、自然の基本的なパラメーターが変化する理論的可能性があります。たとえば、原子の電子エネルギー レベルは、プランク定数、電子の電荷、光の速度、および自由空間の誘電率 (電場が真空を貫通する容易さ) の相対値に依存します。微細構造定数と呼ばれる無次元量。これらのパラメーターのいずれかが変化したり、わずかにずれたりすると、物理的現実全体に影響が及びます。
化学のすべて、そして有機化学の可能性さえもが、これらの数値に依存しています。微細構造定数をほんの数パーセント低くすると、宇宙で星が炭素をまったく作ることができなくなると考えられます。微細構造定数が増加すると、分子内の原子間の本質的な共有結合が弱くなり、生化学的に重要な水素結合 (DNA の塩基対間の結合など) も弱くなります。同様に、電子と陽子の質量比が増加すると、解離エネルギー (分子結合の切断と形成に関与するエネルギー) が上昇します。
天文学者と物理学者は、数十億光年離れた原子や分子で放出または吸収される光子の周波数を使用し、正確な計時装置と非常に敏感な実験を地球上で使用することにより、これらの基本定数の小さな変動の証拠を探してきました。今日まで、変化の兆しはほとんど見られません。過去 120 億年程度の微細構造定数の時間差は、参照する実験結果に応じて、約 1,000,000 分の 1 または 100,000 分の 1 未満のようです。しかし興味深いことに、最近の分析のいくつかは、宇宙の位置間のわずかな変動を示唆しています.
しかし、どのくらい過去にさかのぼって調べることができるか、どのような環境でこれらの定数を測定できるかについても、厳しい制限があります。将来の驚きの余地があります。そして、100 億年にわたる 1,000,000 分の 1 のドリフトでさえ、数兆年先の未来にさらに大きな変化をもたらす可能性があります。生命の見通しと、惑星から最も長い生命体に至るまで、生命のインキュベーターに残されたものの見通しをさらに変更する可能性があります。 -生きた星。
また、既知の生化学と進化的変化の並外れた複雑さと依存性によって、基本定数のごくわずかな変動の影響が大幅に増幅される可能性もあります。 100 億年前に始まった生命のための現実の「チューニング」におけるわずかな違いが、分子の進化と戦略を、今日好まれている方向とはまったく異なる方向に向けることが考えられます。
仮説的には、タンパク質の反応速度と構造特性を変更するのに十分であるが、それらを不可能にするのに十分な分子結合強度のわずかな変化は、この微視的レベルでの自然選択を、今日アクセスできない化学的景観の領域に追いやる可能性があります.自然は、新しい高分子構造と近道を「発見」する可能性があります。さまざまな酵素と代替機能、および基本的なパラメーターが変化し続けても持続するまったく異なるタイプの複雑な細胞構造です。
これらのエキゾチックな可能性がなくても、宇宙の環境特性が同じ初期の時代から変化したことは確かです.ビッグバンから約 1 億年後、生化学が最初に開始された可能性がある時期には、最初の世代の星が新しい原子核を形成したため、最も重い元素はひどく不足していました。
これらの原子を失った地球サイズの惑星は、何らかの形で化学的に豊富な「炭素世界」になった可能性がありますが、今日の生命が完全に依存しているより重い元素のいくつかが深刻に不足しています.人生は進むことができたかもしれませんが、さまざまな制限と義務がありました。仮説的には、そのような初期の生命システムは、生命の分子構造に組み込まれたときに与える進化上の利点のために、亜鉛や鉄などの生化学的に貴重な原子をふるいにかけ、探し求める、最高の貪欲なスカベンジャーである可能性があります。繰り返しになりますが、その生命の子孫は、最近出現した種とは深遠で少し恐ろしく、より効率的ではるかに粘り強いという点で異なる可能性があります。
実は「エイリアン」（ラテン語のaliusに由来する言葉） 、「その他」を意味する）は、宇宙全体に散らばり、農民である私たち自身の先祖に当惑する以上に私たちを当惑させる可能性のあるプロセス主導の進化する現象の完全な相違を捉えるのに十分強力な用語ではないかもしれません.もしくはそうでないか。根本的に異なる展望とおそらく異なるルールの宇宙で始まった家系を持つ生活は、言葉では言い表せないほど斬新で、非常に異質で、非常に驚くべきものになる可能性があります.
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。彼の最新の本はです The Ascent of Information:Books, Bits, Genes, Machines, and Life's Unending Algorithm は 2021 年 6 月に公開予定です。Twitter @caleb_scharf で彼をフォローしてください。
参考文献
1. Ord, T. 私たちの宇宙の端。 arXiv （2021）。 DOI から取得:2104.01191
2. King, R.A., Siddiqi, A., Allen, W.D., &Schaefer III, H.F. Chemistry の微細構造定数と電子-陽子質量比の関数として。 フィジカルレビューA 81 、042523 (2010).
3. Wilczynska, M.R., 他 130 億年前の微細構造定数の 4 つの直接測定。 科学の進歩 6 、eaay9672 (2020).
4. Mashian, N. &Loeb, A. CEMP 星:初期宇宙における炭素惑星のホストの可能性。 arXiv （2016）。 DOI から取得:10,1093/mnras/stw1037
リード画像:Valery Brozhinsky / Shutterstock
この記事は、2021 年 4 月の「Universality」号にオンラインで初めて掲載されました。
