本「パラドックス。 物理学の9つの大きな謎」

こんにちは、habrozhiteli！ Geektimesでレビューした新しいシリーズ「Pop Science」の出版を開始しました 。

ここで、本からの抜粋を示します。



Fermiパラドックスは次のように定式化できます。



宇宙は非常に大きいため、その寸法は非常に広く、数千億個の星が天の川だけで輝いており、その多くは周囲に惑星系を持っています。地球が条件の点で非常に非定型的な場所でなければ生命の発達のために、宇宙は知的文明が生息する惑星を含むそのような惑星でいっぱいでなければなりません。 彼らの多くは、宇宙を旅することができる技術を備えていなければならず、今では彼らは私たちを訪れたはずです。

彼らはどこにいるの？



フェルミにとって、（少なくとも）1つの居住惑星を含むという点で太陽系がユニークでない場合、最小の拡張野心と十分に高度な宇宙技術を備えた外国人文明が今までに植民地化するのに十分な時間を持っていたことは明らかでした銀河全体。 他の科学者と一緒に、彼らは、どの種でもこれを行うには1000万年で十分であると計算しました。 これはかなり長い期間とややarbitrary意的な値のように思えるかもしれませんが、これは私たちの銀河の年齢のほんの一部（この場合は千分の1）であり、ホモサピエンス種が約20万年前にしか現れなかったことを忘れないでください。



したがって、このパラドックスは次の2つの質問に還元できます。



1.人生が特別なものではない場合、他の人はどこにいますか？

——2。 もしそうなら、宇宙は非常に細かく調整されているので、生命は地球上でのみ発生することがわかったのですか？



最も厳しい状況であっても、私たちの惑星で生命が生まれ、繁栄する能力を考えると、なぜ生命は地球のような他の惑星から生まれないのでしょうか？ おそらく、問題は初期の人生の広がりではなく、主にその初期の外観にあります。 科学者がこのパラドックスと多くの関連する問題を解決できたかどうかを調べる前に、最も頻繁に提案されるいくつかの解決策を簡単に検討します。



1. エイリアンが存在し、実際にすでに私たちを訪問しています。 UFOの愛好家や陰謀理論家の幻想的な幻想を支持する信頼できる事実はないという法的根拠に基づいて、この最初のオプションを削除します。 これにもかかわらず、多くの人々は、エイリアンがすでにプレート上で私たちに飛んでいることに自信を持っています：数千年前に彼らはピラミッドを構築するためにしばらくの間飛び込んできました、またはまだ私たちの中にいて、彼らの上をナビゲートするために罪のない犠牲者を誘ductします派手な実験。



2. エイリアンは存在しますが、私たちに連絡しないでください 。 成功した発展した地球外文明が、その存在について私たちに知らせないことを好む多くの理由があります。 例えば、彼らは銀河系のメンバーにふさわしい十分な成長を遂げるまで、彼らがギャラクシーの周りをさらに動きたくないか、むしろ私たちを放っておく可能性があります。 間違いなく、このバージョンは、すべてのエイリアン文明が私たちに似た方法で考えることを示唆しています。



3. 間違った場所を見ているだけです。 私たちは50年前から宇宙からの信号を聞いてきましたが、少なくとも何かを聞いているはずです。 しかし、おそらく空の特定の領域を検索するか、受信機を目的の周波数に調整する必要があります。そうしないと、これらの信号とメッセージがすでに届いていますが、解読できません。



4. 他の場所での生活は定期的に破壊されます。 おそらく、私たちは地球の特権的な位置に感謝していません。 他の太陽系の生命に適した惑星があるかもしれませんが、それらは定期的に惑星、星または銀河の割合の大災害（氷河期、彗星と流星、大きな星のフレアまたはガンマ線バースト）を経験します。 そのようなイベントが頻繁に発生する場所では、宇宙旅行が可能な合理的な種を開発するのに十分な時間はありません。 またはその逆です。他の惑星の条件は非常に快適であるため、生物は大量絶滅の期間を経ることがありません。大量絶滅は、生物多様性を確保し、それによって知的種の出現につながると考えられています。



5. 自己破壊 。 宇宙のすべての知的生命体は、戦争または伝染病によって、または宇宙を旅するために技術的に進歩した頃にその生息地を破壊することによって、必然的にそれ自体を破壊することを示唆している（これが真実である場合、これは私たちにとって良い兆候ではない良い）。



6. エイリアンも…エイリアンです。 私たちは、エイリアンは私たちのようであり、将来開発するつもりの技術と同様の技術を持つべきだと信じています。 そう考える理由はありますが、すべての生命は物理学の同じ法則に従い、それらによって制限されなければならないので、私たちとは著しく異なる合理的な生命を理解するのに十分な想像力がないことが判明するかもしれません。 もちろん、私は彼らが映画の外国人のように振る舞うべきだと思うわけではありませんが、これは炭素の形の生命であり、目と手足を持ち、音波のやり取りを通じてコミュニケーションをとることを想定しています。



7. 私たちは宇宙で本当に一人です。 おそらく、生命の出現に必要な条件は非常にまれであるため、非常に少数の場所でしか発生せず、地球は知的生命が発達した唯一の惑星であり、信号を送ることができるように自然を抑制することができます宇宙の深部に私たちの存在。 または、私たちの惑星は、実際に一般に生命が生まれた唯一の場所になりました。



上記のオプションは単なる仮定であり、ほとんどの場合、あまり根拠がありません。 フェルミ自身は、銀河のどこかに知的生命体が存在する可能性があると考えていましたが、星間の距離が広すぎるため、光の速度に対する障壁を考えると、道路に時間がかかりすぎるため、文明は私たちへの訪問をそのような努力に値するものとは考えません。



フェルミが考慮しなかったのは、たとえ彼らが故郷の惑星を離れたことがなくても、技術的に進歩したエイリアンの存在について学ぶことができるということです。 最終的に、私たちはほぼ一世紀にわたって銀河への存在を宣言してきました。 ラジオやテレビを使って世界中に情報を送信し始めて以来、私たちの信号の一部が宇宙に漏れています。 私たちから数十光年の間に住んでいて、電波望遠鏡を私たちの太陽に送ると思い浮かぶ異星人の文明は、このシステムの惑星の1つに生命があることを示す、非常に弱いがかなり複雑な電波信号に気付くでしょう。



物理学の法則は宇宙全体で同じであると考えており、電磁波は情報を送信する最も単純で最も普遍的な手段の1つであると考えると、技術的に進歩した文明はその通信手段を人生のある段階で使用することを期待する必要があります。 この場合、その信号の一部は周囲の空間に漏れ、光の速度で銀河全体に広がります。



ほとんど時間が経たず、20世紀の天文学者は、最近発明された電波望遠鏡を使用して宇宙からの信号を聞く可能性を検討し始めました。 地球外生命体の真剣な検索は、一人で始まりました。



ドレイクと彼の方程式



地球外文明の最初の真のハンターは、ウェストバージニア州グリーンバンクの国立電波天文台で働いていた天文学者フランク・ドレイクでした。 1960年に、彼は電波範囲の電磁信号を聞くことにより、遠方の恒星系の生命の兆候を探す実験を設定しました。 このプロジェクトは、フランク・バウムの本からオズのエメラルド都市の支配者であるオズマ王女に敬意を表して「オズマ」という名前を付けられました。



ドレイクは、電波望遠鏡を近くの2つの太陽のような星、それぞれ地球から12光年と10光年にあるタウセティとイプシロンエリダナに向けました。 両方の星は、それらの周りを回る居住惑星の適切な候補のようでした。 彼は、宇宙で最も軽く、最も単純で最も一般的な要素である水素から放出されるかなり特定の電磁放射に対応する特定の周波数の信号を受信するようにアンテナを調整しました。これにより、感じさせたい外国人文明にとって最も可能性の高い選択肢となりました。 ドレイクはデータを記録し、バックグラウンドノイズを超える信号の存在を注意深くチェックしました。 何時間にもわたって作成された記録を数か月間研究した後、唯一の興味深い信号は、飛行機が非常に高く飛んでいるという信号でした。 しかし、ドレイクは失望しませんでした。 彼は、検索プロセスが宝くじを買うようなものであることを決して忘れませんでした。何かが見つかった場合、彼は自分自身を幸運だと思うでしょう。



失敗はドレイクを止めず、翌年、彼は最初のSETI会議（地球外知能の検索-地球外知能を検索するためのプログラム）を開催し、当時彼が興味を持っていたと知っていたすべての科学者を招待しました（そのうち12人のみでした）。



ドレイクは、私たちの銀河系で、地球から無線信号を取得できる文明の数（N）を計算するための数式を開発しました。 彼は7つの数字を掛けることでこの値を推測しました。 彼にちなんで名付けられた結果の方程式は次のとおりです。



N = R *×fp×ne×fl×fi×fc×L



実際、方程式は非常に簡単に説明できます。 すべてのキャラクターの値を調べて、カッコ内にドレイクが最初の計算で代入した値を示すので、最終的な結果がどのように得られたかがわかります。 記号R *は、毎年銀河で形成される新しい星の数を意味します（Drakeは、この値が年間10個の星であることを示唆しました）。 記号fpは、惑星系（0.5）を持つ星の割合を示します。 neは各星系の惑星の数であり、その条件は生命に適しています。 fl、fi、およびfcはそれぞれ、実際に生命が発達する生命に適した惑星の割合を示します（1）。 知的生命が発達する居住惑星の割合（0.5）; 技術レベルにまで発展した文明の割合で、知覚可能な信号を宇宙に送り、その存在を知らせることができます（1）。 最後に、Lはこの文明が知覚可能な信号を宇宙に送り続ける期間（10,000年）に対応します。 これらの7つの数値を掛け合わせて、ドレイクは答えN = 50,000を受け取りました。



この印象的な数は、フェルミのパラドックス問題を強調しています。 ただし、この値はどれだけ信頼できますか？ もちろん、彼は絶対に信頼することはできません。 これらの7つの数値で十分であったとしても、それらの数値に起因する値は天井から取得されました。 最初の3つのシンボル（R *、fp、およびne）は半世紀前には知られていなかった量に依存しますが、望遠鏡の設計の進歩により、正確な値に近づき始めています。 特に、太陽系外惑星と呼ばれる太陽系外の多くの惑星の最近の発見は、これに貢献しています。



ただし、次の3つの要因は、知的で接触可能な生活の出現に関連する確率です。 それらはそれぞれ、0（不可能）から1（確かに）までのほぼすべての値を取ることができます。 ドレイクは非常に楽観的な数字を選んだ。 彼は、地球のような惑星に適切な条件があれば、生命の出現は避けられないと考えていました（fl = 1）。 そして、生命が生まれた場合、合理的な種の確率は50％（fi = 0.5）です。 そのような種が出現した場合、電磁波の宇宙への送信を含む技術の開発に確実に移行します（これらのメッセージが意識的に送信されるかどうかは関係ありません）（fc = 1）。



しかし、数値はほとんど意味がありません。 ドレイクの方程式は、私たちの銀河内のエイリアン文明の数の単なる推定値よりもはるかに重要でした。 宇宙からの信号の世界的な狩りを開いたが、それは今日まで続いている。



SETIプロジェクト



頭字語SETIは、長年にわたって世界中で実装されているプロジェクトの略で、地球外の信号を積極的に検索することを目的としています。 科学者が信号を送受信する方法を理解して以来、私たちは電磁波によって送信された宇宙からの潜在的な信号を聞いてきました。 最初のそのようなケースの1つは、19世紀の終わりにさかのぼります。



1899年、コロラドスプリングスの研究室で雷雨の際に大気の電気を研究し、新しく組み立てられた高感度受信機、電気技師、セルビア起源の発明者を使用して、ニコラテスラは1、2の数値コードを形成するグループに来る弱い信号を発見しました、 3回と4回の「ビープ音」は、火星で発生したと彼は確信しています。 テスラは、1901年の雑誌とのインタビューで、この発見によって引き起こされた彼の感情的な状態を説明しました。



「人類全体におそらく大きな影響を与える現象を観察していることに気付いたとき、その最初の気持ちを決して忘れないだろう...私が見たものは、超自然的ではないにしても、私の前に神秘的な何かがあるかのように確かに怖がっていた... [電気信号]は周期的であり、その時私に知られているいかなる理由によっても引き起こされ得ないほどの数の配列の明らかな特性を有していました...しばらくして、私が観察した妨害はp 知的な存在の。」



テスラはそのような声明に対して批判されたが、彼が見つけた信号の謎は未解決のままであった。



インテリジェントエイリアンからの可能性のある無線信号の最初の真剣な調査は、1924年にアメリカで実施された短期プロジェクトでした。 その時、地球外文明の最もありそうな家は私たちの隣の火星であり、火星人が私たちと接触しようとするなら、彼らは2つの惑星が可能な限り互いに近い瞬間にそうするだろうとまだ信じられていました。 これは、地球が火星と太陽の間を通過する、いわゆる対立の際に発生します。 そのような対立の1つは、火星が過去数千年よりも地球に近づいた1924年8月21日から23日の間に発生しました（この記録は2003年8月に破られ、次回は2287年に破られました）。 科学者は、火星人が存在する場合、この対立を使用して信号を地球に送信することを決定しました。 米海軍はこの考えを真剣に受け止めて、「ラジオ沈黙の全国日」を発表し、地球の近くを通過する火星の36時間の各時間の初めに5分間ラジオをオフにするよう全国の市民に求めました。 ワシントンにある米国海軍天文台では、無線が飛行船で3 kmの高さに上げられ、国のすべての海軍基地は異常なものを探して電波を追跡するように指示されました。 しかし、彼らは、無線妨害モードに準拠していない民間ラジオ局からの大気干渉と信号以外は何も聞きませんでした。



フランク・ドレイクの最初のプロジェクトの後、SETI運動が実際に展開され始め、その検索範囲を太陽系をはるかに超えました。 電波望遠鏡がどれだけ私たちに利用できる範囲を拡大したかを理解できるように、ドレイクが1960年に研究に注力した2つの星は私たちから約10光年離れています-それは火星よりも200万倍遠いです。 隣人が話していることを聞くためにガラスを壁に置いて、何も聞いていないので、代わりにロンドンにいる間、ニューヨークでの会話を盗聴しようとするようです。 明らかに、重要なポイントは、電波望遠鏡のアンテナをどこに向けるかを正確に決定することでした。



カリフォルニアのSETI研究所は1984年に設立され、数年後、天文学者ジルターターの指揮の下でフェニックスプロジェクトが開始されました。ジルターターはカールセーガンの小説「コンタクト」の主人公のプロトタイプになりました。 1995年から2004年の間に、オーストラリア、アメリカ、プエルトリコにある電波望遠鏡の助けを借りて、フェニックスプロジェクトを使用して、地球から200光年以内にある800を超える太陽のような星を監視しました。 しかし、彼らは何も見つけませんでした。 確かに、このプロジェクトは、異星人の可能性を探るのに必要な信頼できる情報源になりました。 ジル・ターターは、仲間の天文学者マーガレット・ターンブルと共に、生命が発見される可能性のある惑星系を持つ可能性のある近くの星（いわゆる潜在的に生息する星）のカタログを編集しました。HabCatとして知られるカタログには、現在17,000個の星が含まれており、そのほとんどは地球から数百光年以内に位置し、地球惑星がそれらの周りを回転できるように適切な特性と特性を持っています。



2001年、Microsoft Paul Allenの共同設立者は、SETIプロジェクトの下での新しいアンテナアレイの構築の初期段階の資金調達に同意しました。これは、アレンテレスコープアレイ（ATA）と呼ばれていました。サンフランシスコの北東数百マイルに建設中です。完成した形では、350個のアンテナ（直径6 m）が連携して構成されます。工事の第1フェーズは2007年に終了し、43本のアンテナが作業用に準備されましたが、2011年の初め、政府の研究資金の削減によりプロジェクトは中断されました。その後すぐに、イニシアチブグループが組織され、支援する準備ができている個人投資家の間で資金を集めました。映画スターのジョディ・フォスターを含む何千人もの人々がサインアップし、カールセーガンのコンタクト小説のハリウッド映画化で、ジルターターの役を演じました。何らかの理由で、これはすべて私の魂を温めます。



誰もあきらめません、地球外文明の真剣な調査が始まったばかりです。これまで、我々は、電磁スペクトルの限られた周波数範囲で数千個の星のみを注意深く研究してきました。アレンのアンテナアレイの助けを借りて、1000光年以内に100万個の星を研究する予定です。周波数範囲も拡大しています。ドレイクは合理的に行動し、1.42 GHzの星間水素周波数で開始することを選択しました。私たちの天国はかなり騒々しい場所であり、銀河ノイズや地球の磁場を通過する荷電粒子のノイズ、宇宙背景放射、初期宇宙のエコーなど、あらゆる種類のソースからの電波で満たされています。しかし、アレンアンテナアレイを使用して調査する予定の周波数範囲は、1〜10 GHzの範囲にあり、マイクロ波透過ウィンドウとして知られています（これは電磁スペクトルの特に静かな領域で、エイリアンからの信号を検索するのに最適です）。



しかし、近年、知的生命の探索ではなく、存在できる地球型惑星の探索を目的とした、より深刻な学術研究が登場しました。今日、太陽系外惑星の狩りは、最もホットな研究分野の1つです。



系外惑星



私は太陽系外惑星（または太陽系外惑星）の探索と研究を信じられないほどエキサイティングだと思うだけではありません。星の観察と研究は一つのことです-最後に、私たちは星から放射される光による星の構成と動きについて多くを知っています。しかし、惑星は完全に異なっています。それらは星よりもはるかに小さいだけでなく、反射した星の光だけを放出するため、その明るさは薄暗い星自体の明るさの何百万倍も低くなります。したがって、それらの存在の証拠は通常、間接的にのみ取得できます。最も一般的なのは、いわゆる通過法です（惑星が星の背景を通過すると、星の光度にわずかな障害が検出されます）。別の方法は、はるかに重い星に対する惑星の小さな重力効果を決定し、わずかに振動させることです。この効果は、私たちに近づいたり遠ざかったりする星が発する光の周波数の変化（ドップラーシフト）、またはその位置の変化によって検出できます。



天文学者にとって特に興味深いのは、地球のような惑星です。なぜなら、それらは固体であり、地球に近い重力を持っているためであり、また彼らの表面に液体の水が存在できるほどの星からの距離にあります（そしてこれは潜在的に彼らが生命のゆりかごになることを可能にします）



執筆の時点で、約700の太陽系外惑星が発見されています。しかし、高い確率で、この数は急速に増加します。 2009年、NASAはケプラーミッション（系外惑星の検出に必要な機器を備えた宇宙船）を打ち上げました。 2011年2月、ケプラー研究グループは、居住可能なゾーンにある54の惑星（6つの惑星は地球に近いサイズです）を含む、1235の潜在的な太陽系外惑星のリストを発表しました。



科学者によると、天の川には少なくとも500億個の惑星が含まれており、少なくとも1％（5億個）が居住可能ゾーンにあります。他の情報源によると、地球のような潜在的に生息している惑星の数は20億以上です。これらのうち、30,000は地球から1,000光年以内にあります。



現在まで、居住可能なゾーンに位置する2つの確認された系外惑星は、科学界の想像力を捕らえました。その理由は、生命の兆候が見つかったからではありませんが、今日はいわゆるゴルディロックス惑星（生命を維持するためのすべての条件を備えた惑星：寒すぎず、暑すぎず、子供のおとぎ話の小さなクマの子のおporとまったく同じように）。最初の星はグリーゼ581 dと呼ばれ、星座天秤座の赤いd星グリーゼ581の周りを回転します（地球から20光年の距離）。名前の最後にある文字dは、これがこの星系で見つかった3番目の惑星であることを示しています（星を周回する惑星は、bで始まるアルファベット順の文字で示されます。文字aは星自体に対応します）。Gliese 581 dは地球の5倍以上の大きさですが、その気候の最新モデルによると、大気は安定しており、水は液体です。他のいくつかの潜在的に生息する惑星が同じ恒星系で発見されましたが、この情報はまだ確認されていません。



次の候補はHD 85512 bと名付けられ、星HD 85512を中心に回転します。その名前は、そのデータがヘンリードレーパーの星カタログに含まれており、星座帆で地球から36光年の位置にあるためです。これは、これまでに発見された生息地の中で最も小さな系外惑星の一つです。現時点では、彼女は地球外生命のゆりかごの役割の最良の候補と考えられています。地球の約4倍、その重力は地球の約1.5倍、上層大気の温度は25°Cです。表面温度は不明ですが、おそらくかなり高いはずです。この惑星の1年（太陽の周りを公転する時間）は、わずか54地球日です。



2011年の終わりに、ケプラーミッションは、確認された系外惑星ケプラー22 bの発見を報告しました。彼女の星は、グリーゼ581やHD 85512（私たちから約600光年）よりも地球からかなり離れていますが、私たちの太陽（スペクトルクラスGの主系列の星）を非常に連想させます。惑星ケプラー22bの大きさについてはあまり知られていないが、現在の推定によると、その直径は地球の数倍である。また、地球のような固体惑星なのか、木星や土星のようなガス惑星なのかは不明です。固体の場合、液体状態の水が表面に存在する可能性があり、「正しい」距離にある太陽のような星の周りを回転するという事実は、実行可能な惑星の有望な候補となります。



近い将来、これらすべての質問に対する答えを見つける機会があるかどうかは不明です。しかし、私たちは非常に短い時間で太陽系外惑星の探索に真剣に成功し、次々と発見が続いています。



私たちはどのくらい特別ですか？



間違いなく、生命を維持するのに適した惑星はすでに何かですが、本当に深刻な問題はこれです：適切な条件がある場合、どこで生命が発達する確率はどれくらいですか？それに答えるには、地球上に生命がどのように現れたかを把握する必要があります。



私たちの惑星は、動植物からバクテリアまで、生命でいっぱいです。同時に、多くの種、特に微生物は、日光の有無にかかわらず、最も厳しい生活条件（野生の寒さから信じられないほどの暑さまで）で繁栄できるようです。この生命の多様性と、私たちの若い惑星が冷えた後、地球全体に急速に広まったように見えるという事実は、それほど難しくなかったことを示唆しています。しかし、この観点は本当ですか？今では、少なくともバクテリアの生命を支えるのに適した条件が宇宙のあらゆる場所（より正確には太陽系のあらゆる場所）に存在することがわかっているので、生命は他の世界でも発生している可能性があります。しかし、私たちの故郷の惑星はどれほど特別なのでしょうか？



地球は間違いなく太陽から理想的な距離にあります-寒すぎず、暑すぎません。また、外側の軌道に巨大な木星が存在することによるプラスの影響も受けています。木星は兄の保護者の役割を果たし、重力場でスペースデブリを引き付け、それにより地球の軌道に落ちて衝突するのを防ぎます。



地球の大気は、空気を提供するために（最終的には地球に生命が現れたときに大気中に酸素が存在しなかったため）だけでなく、それが電磁放射にどのように作用するかにとって非常に重要です。地球の大気は可視スペクトルの光線を透過しますが、太陽から地球へ、またはその逆（地球の表面から反射）の途中で赤外線（熱）を部分的に吸収します。このような温室効果は大気を加熱し、惑星の表面の水を液体状態に保ち、氷や蒸気よりも生命の繁栄に貢献します。



月も重要な役割を果たします。その重力は地球の自転を安定させ、生命の発達を可能にする一定の気候を提供します。一方、月が自転するにつれて地球のマントルに形成される潮力は、特に数十億年前にお互いにはるかに近かったときに、マントルを暖めるのに役立ちましたそして地球の磁場の形成に寄与し、それが今度は太陽風から私たちの惑星を保護します（そうでなければ、大気を宇宙に吹き飛ばしてしまいます）。



地殻プレートの動きなどのプロセスでさえ、大気の温度を安定させ、惑星の表面の生物に利用可能な栄養素の供給に必要な炭素を処理するのに役立つため、重要です（そして地球の磁場の形成にさえ貢献します） 。



ですから、おそらく私たちの惑星はかなり顕著な例です。しかし、これは人生がここに登場することを意味したのでしょうか？人生が始まり、進化が勢いを増した後、人生そのものが世話をすることができました。ただし、この最初のステップでは、完全に障害が発生しています。地球上の最初の生物は、約35億年前に出現した単細胞の原核生物（細胞核のない単純な生物）であると考えられています。これらは、膜に囲まれた有機分子の蓄積であるいわゆるプロトビオントから進化する可能性がありますが、生命の2つの重要な兆候があります。それは、増殖して代謝に参加する能力です。



私たちがまだ知らないことは、アミノ酸（タンパク質の形成に必要）やヌクレオチド（DNAの構造単位）などの有機分子が、最初のレプリケーター遺伝子の出現につながる可能性のあるイベントのシーケンスです。生命がどのように生まれたかという問題は、科学において最も重要なものの1つです。このプロセスは、生合成と呼ばれます。多くの人々は、誤って生合成（生命は生からしか成り得ないという理論）と生合成（生物学的生命が自然に無機物質から生じるプロセス、本質的に化学は生物学に変わります）と混同します。非生物的物質の分野での研究は、無生物を生物に変えた、自発核生成として知られるこの魔法のステップを見つけることを目的としています。



地球上の生命の自発的な生成は、埋立地を一掃し、周囲の部分からボーイング747を誤って収集する強風の突風、または有機分子がランダムに結合する状況と比較できるとは考えにくい生命の最も原始的な形態さえ形成されるように。しかし、そのような比較は本当ですか？



1953年、スタンレーミラーとハロルドウレイは、この質問に答えようとして、シカゴ大学で有名な実験を行いました。彼らは、その基本的な成分からin vitroで生命を創造できるかどうかをテストしたかったのです。彼らは水とアンモニア、メタン、水素の3つのガスを混合しました。これは初期地球の大気のガス組成に対応することを示唆しており、その後混合物を加熱して蒸気を形成しました。次に、地球の大気中の雷放電をシミュレートした放電が2つの電極を使用してこのペアを通過し、その後、蒸気が冷却されて凝縮されました。このサイクルを1週間連続して繰り返した後、彼らは混合物中にアミノ酸を含む有機化合物が形成され始めたことを発見しました-アミノ酸-特定のシーケンスで組み合わせると、生細胞のタンパク質を形成するため、生命に必要な分子。しかし、複雑な構造を持つ完全なタンパク質、およびその他の重要な生命要素である核酸（DNAおよびRNA）は見つかりませんでした。



この重要な実験から半世紀以上が経過したこのような有望な始まりにもかかわらず、科学者は人工生命を創造することができませんでした。それで、生命の自発的な出現は信じられないほどですか？これは少なくとも一度は起こったことが知られています-私たち自身はこのことの生きた確認です。しかし、地球上のすべての生命が1つの祖先から来たのかどうかを知るのは興味深いでしょう。そうでなければ、生命は2回以上現れたはずなので、その発生は私たちが考えるほど特別な出来事ではありません。



最近の研究からの論争の証拠は、この考えに疑問を投げかけたようです。カリフォルニアの砂漠の真ん中にある湖で、GFAJ-1微生物株が発見されました（ご覧のように、微生物学者は天文学者のような発見の名前と同じように想像力を奪われています）。約100万年前に形成されたモノ湖は、非常に珍しい化学組成を持っています。その塩分は海洋の2〜3倍高く、塩化物、炭酸塩、硫酸塩を含み、非常に高いアルカリ度を持っています（酸塩基平衡（pH）は10です）。湖には魚はいませんが、水の化学組成は、特定の種類の単細胞藻類と数兆の小さな汽水エビの生活に理想的です。これらは毎年この湖で数ヶ月を過ごす数百万の渡り鳥の主な食料源として機能します。そうそうこの湖にはヒ素も豊富です。



フェリーチェウルフサイモン率いるNASA研究所の生物学者のチームは、小さなGFAJ-1細菌に興味を持ちました。



私たちは、地球上のすべての生命が多くの異なる要素に依存していることを知っていますが、DNA自体には、炭素、水素、窒素、酸素、リンの5つの要素しかありません。問題は、それらを他の化学的に類似した要素に置き換えることができるかどうかです。マウスヤクは、リンの直下の周期表にあるため、同様の原子構造を持っています。 NASAの研究者は、GFAJ-1バクテリアがヒ素に耐性があり、Mono Lakeにはリンがほとんど含まれていないことを知っていました。それから、彼らはこれらのバクテリアをヒ素が豊富な「食事」に植えました-そして、科学者がリンを完全に除去したときでさえ、バクテリアはうまく成長し続けました。細胞分裂には、新しいDNAを形成する材料が必要です。これらの微生物は、5つの重要な要素の1つなしでどうやってできたのでしょうか？



2010年のこの研究の発表は、世界の科学界に不安を引き起こしました。研究者は、GFAJ-1がDNAの構造上、文字通りリンをヒ素に置き換えていると主張しています。これが真実であることが判明した場合、百万ドルの問題に直面します。このようにヒ素を進化的に使用するこの能力があったのか、またはこれらの細菌は独立した生物発生過程で発生したのか？後者が当てはまる場合、人生は少なくとも2つの別々の場所で始まる可能性があることが明らかになります。



地球上で生命がどのように生まれたのか、まだわかりません。この質問に答えると、知的生活の可能性に関する他のパズルがまだあります。最終的に、生命は私たちの銀河の多くの場所に存在することが判明するかもしれませんが、知的生命は一か所にしか現れませんでした。



カラスの行動に関する最近の研究は、これらの鳥が驚くほど高度な知性を形成し、人間の経路とは別の独自の進化経路を持っていることを示しています。もしそうなら、おそらく知性もダーウィンの進化の必然的な結果です。単細胞生物が多細胞生物にどのように変化したかという質問を含むこの質問や他の質問への答えは、進化プロセスのこれらすべての重要な段階（生物発生から人間の出現まで）が宇宙のどこかで起こったことを期待する価値があるかどうかを理解するのに役立ちます。



人類原理



フェルミの質問よりもはるかに深い質問があります。この章を終える前に言及しなければなりません。最近まで、それはもっぱら哲学の領域でしたが、今では一般に受け入れられている物理科学の一部になっています。その中心的な考えは人類主義の原理と呼ばれ、私たちの宇宙の存在の可能性、または少なくとも私たちが住んでいるそのコーナーを目指しており、私たちの存在に完全に適しており、微調整されています。現代の形で、それは1973年にポーランドで開催された科学会議でオーストラリアの宇宙学者ブランドン・カーターによって提案され、説明されました。これはコペルニクスの生誕500周年に捧げられました。カーターはこの原則を次のように定式化した。「宇宙で見ることを期待するものは、観察者としての存在の条件によって制限されるべきである。「私たちは必然的に、たとえ中央ではなくても、ある程度特権的な地位を占めなければなりません。」コペルニクスは人類が宇宙で特権的な地位を占めていないことを示唆した最初の科学者であったため、彼がこの出来事の間に彼の考えを正確に表現したことは注目に値する。カーターが登場し、宇宙全体がそのように見えることを示唆しました。それが少しでも異なっていれば、私たちは存在しないからです。彼女が少しでも違うなら、私たちは存在しません。彼女が少しでも違うなら、私たちは存在しません。



私の科学分野である核物理学の例を挙げましょう。自然の4つの基本的な力の1つ-強い核相互作用-は、原子核内の結合の原因です。 2つの水素原子核（単一の陽子）は結合できません。これは、強い核相互作用がこれに十分に強くないためです。しかし、彼の強さは陽子と中性子を結合するのに十分であり、結果として重水素（重水素原子の核）を形成します。これは熱核融合の一連の段階で不可欠な役割を果たし、その結果、水素がヘリウムに変わります。このプロセスはすべての星で起こり、そのおかげで私たちの太陽の生命を与える光と熱が形成されます。しかし、強い核相互作用がほんの少しでも小さければどうなるでしょうか？それから彼の力は十分かもしれない2つのプロトンを一緒に接続します（この場合、水素はヘリウムになりやすくなります）。実際、宇宙の水素はすべてこの反応に入り、ビッグバンの直後にヘリウムになります。水素がなければ、水となる酸素との組み合わせはありませんでした。したがって、（私たちが理解しているように）生命の機会はありません。



人類の原理は、私たちの存在こそが宇宙の特性を決定すると言っているようです。なぜなら、それらが少なくともわずかに異なっていれば、この質問をするためにここにいないからです。しかし、この状況は非常に例外的ですか？おそらく、宇宙が異なっていれば、他の「私たち」は私たちが存在することを可能にする条件に従って生じたでしょう、そしてこれらの「私たち」はまだ疑問に思うでしょう。



これは次のように表すことができます：あなたが個人的に存在することはどうなったのか自問してください。結局のところ、あなたの両親があなたに出会って生まれる可能性はどうでしたか？そして、彼らが両親に生まれる可能性はどうでしたか？私たち一人一人は、人生そのものの外観に至るまで実行される、非常にありそうもない長い一連の出来事の終わりにいます。このチェーン内の1つのリンクのみを解除します-そして、あなたは存在しません。あなたが望むなら、人類の原理があなたにどのように適用されるかを考えることができます。しかし、これは宝くじの当選者の運についての考えよりも驚くべきことではありません。これらすべての数値が一致しなかった場合、他の誰かが勝ち、彼の勝利の信じられないほどのことを考えることができたでしょう。



ブランドン・カーターの議論は、弱い人間原理として知られるようになりました。強い人類主義の原則もあります。それは、宇宙はあるべき姿でなければならず、ある時点で知的生命体が現れてその存在について尋ねることができると述べています。このバージョンはわずかに異なり、確かにはるかに投機的です。個人的には、これはまったくナンセンスだと思います。強い人類主義の原則は、目標を宇宙に帰するものであり、それが何らかの形で私たちが現れることになる必要があったと主張しています。この議論のかなり洗練された量子力学的バージョンもあります。これは、意識的な観察者の助けを借りてシュレディンガー猫のパラドックスを解決するのと同等です：私たちの歴史を通して宇宙を観察し、それを生き返らせます。存在する可能性のあるすべての宇宙の中から、私たちはそこに住むことができるものを選びました。



多元宇宙の魅力的な理論に屈することで、人類の原理の謎を解決するはるかに簡単な方法を見つけることができます。結局のところ、宇宙の潜在的なバリエーションのすべてが存在する場合、私たちが完全に私たちに合ったものに住んでいることは驚くことではありません。



私が始めたところに戻って、この章を締めくくりましょう-周囲の宇宙の沈黙についてのエンリコ・フェルミの有名な質問です。最終的に、私たちのために細かく調整された宇宙は、私たちとあまり変わらない他の生命体に対しても微調整されます。数十億の銀河を持つ宇宙の広大さは、地球がどんなに特別であり、地球上の生命の出現がどれほどありそうになくても、生命が至る所に存在する可能性が非常に高いことを示唆しているので、私たちはミルキーの小さな隅に一人でいる可能性が高い方法。



なぜ無駄な検索を続けるのですか？私たちは存在の最も基本的な質問への答えを探しているので：人生は何ですか？私たちはユニークですか？人間であることは何を意味し、宇宙における私たちの場所は何ですか？これらの質問に対する答えが見つからない場合でも、引き続き質問することが非常に重要です。



本の詳細は出版社のウェブサイトで見つけることができます

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