Om erachter te komen of er leven buiten de aarde bestaat, moeten we omgaan met onze eigen betekenis in het universum. Zijn we iets unieks of zijn we niets bijzonders?
We leven allemaal op een kleine planeet in een baan om een ster van middelbare leeftijd die een van de ongeveer 200 miljard sterren is in de enorme werveling van materie waaruit het Melkwegstelsel bestaat. Ons melkwegstelsel is vermoedelijk een van de honderden miljard vergelijkbare structuren in het waarneembare universum, en de omvang ervan in alle richtingen vanaf ons is meer dan 270.000.000.000.000.000.000.000 (2,7 × 1023) mijl.
Volgens elke schamele menselijke maatstaf is het universum een enorme hoeveelheid materie en een gigantische hoeveelheid ruimte. Onze soort werd gevormd op een onbeduidend moment in de kolossale geschiedenis, en het lijkt erop dat er een nog langere toekomst zal zijn met of zonder onze deelname.
Pogingen om ons standpunt te bepalen, om ons belang vast te stellen, lijken misschien een soort gehypertrofieerde grap. We moeten monsterlijk dom zijn als we ons voorstellen dat we überhaupt enige betekenis voor onszelf kunnen vinden.
Toch proberen we precies dat te doen, ondanks onze schijnbare middelmatigheid, die zichtbaar werd toen de Renaissance-wetenschapper Nikola Kopernik ongeveer 500 jaar geleden stopte met het beschouwen van de aarde als het centrum van het zonnestelsel. Zijn idee is een van de grootste wetenschappelijke ontdekkingen van de afgelopen honderd jaar geworden, evenals een belangrijke indicator op ons pad om de innerlijke structuur van de kosmos en de aard van de echte wereld te begrijpen.
In onze pogingen om onze waarde te beoordelen, worden we geconfronteerd met een raadsel: sommige ontdekkingen en theorieën suggereren dat het leven heel gewoon en gewoon is, terwijl andere het tegenovergestelde zeggen. Hoe moeten we onze kennis van de ruimte - van bacteriën tot de oerknal - gaan samenvoegen om uit te leggen of we belangrijk zijn of niet? En terwijl we meer te weten komen over onze plaats in het universum, proberen we te begrijpen wat dit allemaal betekent voor onze pogingen om erachter te komen of er andere levende wezens in de ruimte zijn? Wat zullen onze volgende stappen in deze richting zijn?
Wat weten we
Promotie video:
In de jaren 1600 zag handelaar en wetenschapper Antony van Leeuwenhoek, met behulp van zijn eigen handgemaakte microscopen, de eerste persoon die bacteriën zag, een reis die hem meenam naar de buitenaardse wereld van de microkosmos. Deze opmerkelijke afdaling, deze glijbaan van fysieke dimensies naar de wild groeiende wereld in ons, was de eerste stap om te begrijpen dat de componenten van ons lichaam, onze massa aan moleculaire structuren, aan het uiterste einde van het spectrum van de biologische schaal bestaan. Ik betwijfel of mensen vóór de verbazingwekkende ontdekking van Levenguk de gelegenheid hadden om over dit feit na te denken, niet op een oppervlakkig niveau, maar op een ander, dieper niveau.
Streptococcus pyogenes-bacteriën
Er zijn organismen op aarde die fysiek groter en massiever zijn dan wij - kijk naar walvissen of bomen. We zijn echter veel dichter bij de bovenkant van de levensschaal dan bij het microscopisch kleine uiteinde. De kleinste zich voortplantende bacterie is honderden miljarden keer kleiner dan een meter, en de kleinste virussen nog steeds tien keer kleiner. Het menselijk lichaam is ongeveer 10 of 100 miljoen keer groter dan het eenvoudigste leven dat we kennen.
Onder warmbloedige landzoogdieren behoren we ook tot de grote exemplaren, maar niet helemaal bovenaan de schaal. Aan de andere kant zijn onze kleinste familieleden, kleine spitsmuizen - zeer kleine wezens van wol en vlees die slechts twee gram wegen. Ze bevinden zich aan de rand van het mogelijke, en hun lichaam verliest constant warmte, die ze nauwelijks compenseren met behulp van overvloedig voedsel.
De meeste zoogdieren zijn echter dichter bij hun grootte dan de onze - vooral als je bedenkt dat het gemiddelde lichaamsgewicht van de zoogdierpopulatie 40 gram is. Onze complexe celgebaseerde, intelligente lichamen staan helemaal bovenaan, en relatief weinig zoogdieren zijn groter dan wij.
Het lijdt geen twijfel dat we ons op deze grens bevinden, op deze grens tussen de complexe diversiteit van het biologisch kleine en de beperkte mogelijkheden van het biologisch grote. Stel je nu ons planetaire systeem voor. Onze ster is niet een van de meest voorkomende soorten sterren (de meeste zijn kleiner in massa), onze banen zijn momenteel meer afgerond en meer van elkaar verwijderd dan in de meeste andere exoplanetaire systemen, en we hebben geen super- De aarde tussen onze planetaire buren.
Dit soort wereld, vele malen groter dan de aarde in massa, is vertegenwoordigd in ten minste 60% van alle systemen, maar in ons zonnestelsel is het dat niet. Als u de architect van planetaire systemen was, zou u ons ontwerp als geïsoleerd beschouwen, iets anders dan de norm.
Sommige van deze kenmerken zijn gebaseerd op het feit dat ons zonnestelsel is ontsnapt aan een grote dynamische reorganisatie die de meeste andere planetaire systemen niet hebben kunnen doen. Dit betekent niet dat we verzekerd zijn van een stille en vredige toekomst - de laatste zwaartekrachtsimulaties laten zien dat ons systeem binnen enkele honderden miljoenen jaren kan worden beïnvloed door een meer chaotische periode.
En over nog eens vijf miljard jaar kan de zon uitzetten met het begin van een krampachtige verouderingsperiode en de bestraling van de planeten aanzienlijk veranderen. Alle indicatoren geven aan dat we nu leven in een tussenliggende of grensperiode, in een overgangsperiode tussen stellaire-planetaire jeugd en de komende periode van zwakte.
Ons relatief rustige bestaan in deze periode is, als we het achteraf bekijken, niet verwonderlijk. Net als bij andere aspecten van onze situatie, leven we op een gematigde plek, niet te warm en niet te koud, chemisch gezien is onze omgeving niet te actief of te inert, niet te vluchtig en niet geheel zonder verandering.
Bovendien is het vandaag duidelijk dat deze astrofysisch rustige buurt zich tot ver buiten onze melkweg uitstrekt. Vanuit het oogpunt van het heelal als geheel bestaan we in een periode die veel ouder is dan de snelle en gewelddadige periode van een jonge, hete ruimte. Het proces van het maken van sterren vertraagt overal. Andere zonnen, andere planeten worden gevormd met een gemiddelde snelheid van slechts 3% van wat het was in de periode van 11 tot 8 miljard jaar geleden.
Deze sterren beginnen langzaam door het universum te bewegen. En, als we het in grote kosmologische termen hebben, het was pas 6 of 5 miljard jaar geleden dat ons universum begon te vertragen na de oerknal. Donkere energie, geboren uit het vacuüm zelf, versnelt de groei van de ruimte en helpt de ontwikkeling van grotere kosmische structuren te onderdrukken. Maar dit betekent dat het leven in een afgescheiden toekomst uiteindelijk gedoemd is tot een saai isolement in een steeds onbegrijpelijker universum.
Zet al deze factoren bij elkaar, en dan wordt het duidelijk dat ons zicht op de binnen- en buitenruimte ernstig beperkt is. Dit is een uitzicht vanaf een smalle paal. In feite zou ons intuïtieve begrip van willekeurige gebeurtenissen en onze wetenschappelijke ontwikkeling op het gebied van statistische gevolgtrekking misschien anders zijn als er andere omstandigheden waren op het gebied van orde of chaos, ruimte en tijd.
En juist het feit dat we te ver verwijderd zijn van enig ander leven in de ruimte - in die mate dat we er nog niet in zijn geslaagd om een van de tekenen ervan op te vangen of tegen te komen - heeft een sterke invloed op de conclusies die we kunnen trekken.
conclusies
We hebben voldoende bewijs om het basisidee van Copernicus te ondersteunen dat we niets bijzonders zijn. Maar tegelijkertijd zijn er verschillende karakteristieke kenmerken van onze omgeving die het tegenovergestelde aangeven.
Sommige van deze kwaliteiten hebben aanleiding gegeven tot het zogenaamde antropische principe, volgens welke bepaalde fundamentele constanten in de natuur 'verfijnd' lijken te zijn, en dus zijn de fundamentele kwaliteiten van het universum in evenwicht in de buurt van de grenzen die het mogelijk maken dat de aarde en het leven erop bestaan. Als je in beide richtingen te ver gaat, kan de aard van de kosmos compleet anders zijn.
Verander de relatieve kracht van de zwaartekracht een beetje, en dan zullen er óf helemaal geen sterren ontstaan en zullen er geen zware elementen ontstaan, óf zullen er enorme sterren ontstaan en dan snel verdwijnen, zonder sporen achter te laten, geen nakomelingen, geen pad naar leven. En als je de elektromagnetische krachten verandert, zullen de chemische bindingen tussen atomen te zwak of te sterk zijn om een verscheidenheid aan moleculaire structuren te creëren waardoor je zo'n ongelooflijke complexiteit in de ruimte kunt hebben.
Spiraalstelsel NGC 4258
Wat vinden we van al deze tegenstrijdigheden? Naar mijn mening duwen feiten ons naar een nieuw wetenschappelijk idee van onze relatieve plaats in de ruimte, om afscheid te nemen van zowel Copernicaanse principes als antropische ideeën, en ik denk ook dat dit nieuwe idee een onafhankelijk principe zal worden als we in deze richting gaan. Misschien kunnen we dit nieuwe idee het cosmo-chaotische principe noemen, een platform tussen orde (de oorspronkelijke betekenis van het Griekse woord kosmos) en chaos.
De essentie ervan ligt in het feit dat het leven, en in het bijzonder het leven op aarde, altijd op de plaats van contact of op het kruispunt van zones zal zijn die worden bepaald door eigenschappen als energie, locatie, schaal, tijd, orde en chaos. Factoren zoals stabiliteit of chaos van planetaire banen, of variaties in klimaat en geofysica op de planeet, zijn directe manifestaties van deze kenmerken.
Als je te ver van deze grenzen af beweegt, verschuift de balans naar een ongunstige toestand. Ons leven vereist de juiste combinatie van ingrediënten, een mix van rust en chaos - de juiste combinatie van yin en yang.
Het naderen van deze grenzen maakt dergelijke veranderingen en variaties mogelijk, maar men moet niet te dichtbij komen om niet constant het systeem zelf te overweldigen. Er zijn duidelijke parallellen met het concept van een bewoonbare zone (Goudlokje-zone), volgens welke de temperatuur van de ruimteomgeving voor een planeet rond een ster zich binnen een beperkt aantal parameters bevindt.
Als je geen rekening houdt met het bestaan van leven, dan kan de bewoonbare zone veel dynamischer zijn - het hoeft niet in ruimte en tijd te worden vastgelegd. Het is eerder een constant bewegend, kronkelend en buigend traject met veel parameters - zoals de paden die worden gelegd door de armen en benen van een danser.
Als de universele regel is dat leven alleen onder deze omstandigheden kan bestaan, ontstaan er enkele intrigerende mogelijkheden met betrekking tot onze betekenis in de ruimte. In tegenstelling tot de strenge ideeën van Copernicus, die onze middelmatigheid benadrukken en daarom uitgaan van de aanwezigheid van veel vergelijkbare omstandigheden in de ruimte, vermindert het idee dat het leven aanpassing van verschillende en dynamische parameters vereist het aantal opties.
De mogelijkheden voor leven die voortvloeien uit deze nieuwe benadering verschillen ook van antropische ideeën, die in hun meest radicale deel slechts één plaats voorspellen voor de vorming van leven in ruimte en tijd in het algemeen. In plaats daarvan definieert de nieuwe regel waar het leven zou moeten ontstaan, evenals de mogelijke frequentie waarmee het dat doet. De nieuwe regel verduidelijkt de fundamentele kenmerken die nodig zijn om in een mogelijke ruimte met veel walsparameters te leven - het geeft de vruchtbare zones aan.
Dit soort regels over het leven verandert levende wezens niet noodzakelijk in een speciaal deel van de werkelijkheid. Biologie is waarschijnlijk het meest complexe fysische fenomeen in ons universum - of in elk universum dat aan bepaalde wetten voldoet. Maar dit is misschien wel de uiterste grens van de eigenaardigheid: een buitengewoon complexe natuurlijke structuur die onder de juiste omstandigheden ontstaat, op de grens van orde en chaos.
En deze formulering van het concept waar het leven precies is ingebed in het grotere schema van de natuur, leidt rechtstreeks tot de oplossing van het raadsel, waarin overtuigende, maar geen definitieve argumenten zijn over het feit dat leven in overvloed zou moeten bestaan en dat het uiterst zeldzaam is.
Caleb Scharf
Caleb Scharf is directeur van het interdisciplinaire Astrobiology Center aan de Columbia University; hij is de auteur van Gravity's Engines: How Bubble-Blowing Black Holes Rule Galaxies, Stars, and Life in the Cosmos.
