Cuộc sống như thế nào ở những nơi khác trong Vũ trụ?

Cho dù sự sống có tồn tại ở nơi khác trong Vũ trụ hay không, chúng ta có thể yên tâm về một điều rằng chúng ta là con người duy nhất trong vũ trụ.

Bản gốc bài viết được đăng trên bigthink.com

Mở đầu

Hãy bắt đầu với một vài tuyên bố từ chối trách nhiệm quan trọng: Đầu tiên, tôi đang tuân theo một định nghĩa hoạt động về sự sống như bất kỳ mạng lưới phản ứng hóa học tự duy trì nào có khả năng chuyển hóa năng lượng từ môi trường và sinh sản theo chọn lọc tự nhiên của Darwin. Vì vậy, không có cỗ máy tâm linh nào tiên tiến hơn chúng ta hoặc những đám mây thông minh kỳ quái, sống ở ngôi sao hoặc bầy nanobot sống trong lỗ sâu. Quái vật spaghetti bay là tốt, miễn là chúng có sự trao đổi chất sinh hóa của một số loại.

Sự sống ngoài hành tinh, nếu nó tồn tại, có thể làm chúng ta ngạc nhiên theo những cách bất ngờ, và điều đó sẽ thật tuyệt vời. Nhưng nếu nó thực sự khác với những gì chúng ta đã quen ở đây, có lẽ chúng ta sẽ không phát hiện ra nó trong một thời gian. (NASA đã tài trợ cho nghiên cứu rất sáng tạo về cách phát hiện các dạng sống bất ngờ ở nơi khác.) Tôi cũng đang giới hạn phạm vi của chúng ta trong chân trời vũ trụ của chúng ta – nghĩa là quả cầu có bán kính bằng khoảng cách ánh sáng đã truyền đi kể từ khi bắt đầu thời gian khoảng 13,8 tỷ năm trước. Tính cả sự giãn nở của vũ trụ, bán kính này là khoảng 46 tỷ năm ánh sáng. Vì vậy, không có thứ đa vũ trụ. Chúng tôi đang cố gắng cụ thể nhất có thể.

Tính phổ quát của Vũ trụ

Có lẽ kết quả nổi bật nhất của khoa học hiện đại là cùng một định luật vật lý và hóa học áp dụng trên khắp Vũ trụ. Bây giờ chúng ta có thể nhìn vào các ngôi sao và thiên hà con cách xa chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng và hàng tỷ năm tuổi, và chúng ta thấy rằng chúng có cùng các nguyên tố hóa học (mặc dù theo tỷ lệ tương đối khác nhau) và những ngôi sao này tiến hóa theo các định luật động giống như Mặt trời của chúng ta.

Do tính phổ quát của các định luật vật lý, hầu hết các ngôi sao đều đi kèm với một tòa án của các hành tinh và các hành tinh có xu hướng có mặt trăng. Mỗi người là một thế giới riêng, với các tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau. Có những hành tinh lớn và nhỏ, đá và khí, với nhiều mặt trăng hoặc chỉ một vài hoặc không có. Các hành tinh có thể quay với độ nghiêng lớn hoặc nhỏ (Trái Đất là 23,5 ° so với phương thẳng đứng, trong khi của Sao Thiên Vương là 97,7 ° đáng kinh ngạc), có bầu khí quyển dày hơn hoặc mỏng hơn với các loại khí khác nhau trong đó… Cũng giống như Trái Đất, khi một hành tinh tiến hóa, thành phần khí quyển của nó cũng vậy. Do đó, có một sự đa dạng đáng kinh ngạc của các thế giới ngoài kia trong Vũ trụ. Chỉ trong thiên hà Milky Way của chúng ta, sẽ có khoảng một nghìn tỷ thế giới, mỗi thế giới là một thực thể duy nhất.

Hàng nghìn tỷ và nghìn tỷ

Với những điều này, chúng ta thêm hàng trăm tỷ thiên hà khác vào trong bong bóng vũ trụ của chúng ta và chúng ta đến hàng nghìn tỷ nghìn tỷ thế giới trong vũ trụ của chúng ta, cho hoặc lấy hệ số 100. (Lưu ý phụ: số lượng thế giới gần với số Avogadro, số nguyên tử trong một gam hydro.)

Với những con số khổng lồ, sẽ rất dễ dàng để mang đi và kết luận rằng mọi thứ đều có thể, rằng cuộc sống sẽ sử dụng mọi mánh khóe có thể tồn tại. Nhưng mọi thứ không đơn giản như vậy. Trong khi các định luật vật lý và hóa học cho phép các quá trình tương tự diễn ra trên khắp Vũ trụ, chúng cũng hoạt động để hạn chế những gì có thể hoặc khả thi. Ngay cả khi khoa học không cho phép chúng ta loại trừ hoàn toàn những gì không thể tồn tại, chúng ta có thể sử dụng các định luật vật lý và hóa học để suy ra những gì có thể. Trường hợp điển hình: Quái vật spaghetti bay là anh em họ hợp lý của bạch tuộc đã mạo hiểm ra khỏi ao vài tỷ năm trước trên hành tinh Mumba và, sau vài triệu năm đột biến ngẫu nhiên và thách thức thích nghi, đã mọc lông trên các xúc tu của nó và bay. Hoặc, nếu không phải là lông, một số cơ chế phình to với không khí nóng từ đường tiêu hóa của nó.

Yêu cầu cho cuộc sống

Với sự ra mắt của Kính viễn vọng Không gian James Webb hùng mạnh trong tuần này, chúng ta có thể mong đợi điều gì khi chúng ta quét bộ sưu tập thế giới khổng lồ và tìm kiếm dấu hiệu của các sinh vật sống? Không ai thực sự biết câu trả lời cho câu hỏi này, mặc dù chúng ta có thể đưa ra những phỏng đoán có giáo dục:

Cuộc sống sẽ dựa trên carbon. Carbon là nguyên tử dễ tính, có thể pha chế tất cả các loại liên kết hóa học tốt hơn bất kỳ nguyên tố nào khác. Một sự bắt chước kém là silicon, nhưng hóa sinh của nó sẽ bị hạn chế nghiêm trọng khi so sánh. Cho rằng cuộc sống cần sự linh hoạt để phát triển và thích nghi, đặt cược an toàn rằng carbon sẽ là bộ xương của chúng sinh ở bất cứ đâu.

Cuộc sống cần nước lỏng. Mặc dù có vi khuẩn đông lạnh trong lớp băng vĩnh cửu, nhưng chúng không sống. (Sự trao đổi chất của chúng bị đình chỉ.) Vì sự sống về cơ bản là một lò phản ứng sinh hóa, nó cần một dung môi, một môi trường nơi các ion có thể chảy. Amoniac đôi khi được đề xuất như một khả năng. Nhưng nó là một chất khí ở nhiệt độ phòng và chất lỏng chỉ dưới –28 ° F ở áp suất bình thường. Một hành tinh lạnh với bầu khí quyển nặng có thể có amoniac lỏng, nhưng bước nhảy từ amoniac lỏng sang sinh vật sống là không thể. Nước là một chất kỳ diệu trong suốt, không có mùi cũng không vị, nở ra khi nó đóng băng (một đặc tính quan trọng cho sự sống dựa trên nước ở vùng khí hậu lạnh hơn, vì có nước lỏng bên dưới băng) và là thành phần chính của chúng ta.

Từ hai ràng buộc này, chúng tôi kết luận rằng bản chất của cuộc sống nên đơn giản: carbon + nước + những thứ khác (ở mức tối thiểu nitơ và hydro). Tuy nhiên, các chi tiết có thể sẽ thay đổi và làm chúng ta ngạc nhiên, cũng như việc phát hiện ra các sinh vật sống trong các lỗ thông hơi nhiệt sâu – những sinh vật sử dụng vật liệu vô cơ làm nguồn năng lượng chính của chúng, trái ngược với ánh sáng mặt trời. Mỗi hành tinh có thể chứa đựng sự sống đều có lịch sử riêng. Và vì chúng ta không thể tách rời lịch sử của một hành tinh khỏi lịch sử sự sống trên đó, nên sự sống của mỗi hành tinh sẽ có lịch sử độc đáo của riêng mình. Điều này có nghĩa là chọn lọc tự nhiên hoạt động như một áp lực dựa trên lịch sử để sinh tồn, tạo ra những câu chuyện khác nhau diễn ra theo những cách không thể đoán trước.

Một vũ trụ đa dạng

Kết hợp lại, sự đa dạng hành tinh đáng kinh ngạc và các tình huống lịch sử cho sự tiến hóa của sự sống có một hậu quả đáng kinh ngạc: không thể có hai hành tinh có dạng sống giống hệt nhau. Hơn nữa, dạng sống càng phức tạp, tỷ lệ nó sẽ được sao chép – thậm chí xấp xỉ – ở một thế giới khác càng thấp.

Theo đó, chúng ta là con người duy nhất trong Vũ trụ. Vâng, có thể (ít nhất là về nguyên tắc) có những loài thông minh hai chân khác với sự đối xứng trái-phải ngoài kia, nhưng chúng sẽ không giống như chúng ta. Và nếu quái vật spaghetti bay tồn tại, nó sẽ chỉ tồn tại trên một hành tinh hoặc mặt trăng.

Còn trí thông minh thì sao? Mặc dù trí thông minh rõ ràng là một tài sản trong cuộc đấu tranh sinh tồn giữa các loài khác nhau, nhưng nó không phải là mục đích của sự tiến hóa; Tiến hóa không có mục đích, không có mục tiêu cuối cùng. Những con khủng long đã ở đây khoảng 150 triệu năm và, theo như chúng ta biết, không phát triển ngôn ngữ biểu tượng hoặc khả năng tạo ra công nghệ. Cuộc sống hạnh phúc chỉ cần nhân rộng; Với trí thông minh, nó sẽ không vui khi chỉ sao chép.

Là những sinh vật trên một hành tinh có sinh quyển phong phú ngoạn mục, chúng ta được kết nối hóa học với phần còn lại của Vũ trụ, chia sẻ cùng một cơ sở cho sự sống như các sinh vật tiềm năng khác ngoài kia. Đồng thời, chúng ta là duy nhất, cũng như tất cả các sinh vật sống khác trên hành tinh này. Sự sống là hiện tượng phức tạp đáng kinh ngạc này, từ một mã dựa trên carbon và một tổ tiên di truyền chung, tạo ra một sự đa dạng đáng kinh ngạc của các kỳ quan trên thế giới này và có thể những người khác. Và chúng ta là những sinh vật sống đặc quyền biết điều này.