Чому життя обмежене тими розмірами, які ми спостерігаємо на Землі.
Розміри речей у нашому всесвіті знаходяться в діапазоні від 10-19 метра (характеристика кваркових взаємодій) до космічних горизонтів на видаленні близько 1026 ступеня метра.
У цих 45 порядкових величин життя, наскільки нам відомо, обмежене досить невеликим діапазоном, що трохи перевищує дев'ять порядкових величин і знаходиться, приблизно, в середині вселенської шкали. Бактерії і віруси за своєю величиною можуть бути менше мікрону (10-6 метра), тоді як розмір найвищих дерев становить приблизно 100 метрів.
Гриб під назвою опінок (honey fungus), що росте біля підніжжя Блакитних гір в штаті Орегон, може доходити в довжину до 4 кілометрів, і це, як прийнято вважати, єдина жива істота подібного розміру. Що стосується відомого нам свідомого життя, то його діапазон буде ще меншим - приблизно три порядку величин.
Але чи може ситуація бути іншою?
Прогрес у теорії обчислень передбачає, що і наука, і інтелект потребують квадрильйонів примітивних «схемних» елементів. З урахуванням того, що наш мозок складається з нейронів, які самі, по суті, є спеціалізованими об'єднаними одноклітинними організмами, ми можемо зробити висновок про те, що біологічні комп'ютери за своїми фізичними розмірами повинні приблизно відповідати нашому мозку для того, щоб демонструвати наявні в нашому розпорядженні можливості.
Ми можемо собі уявити створення нейронів в системах штучного інтелекту, які будуть менше за розміром, ніж наші. Електронні елементи схеми, наприклад, сьогодні істотно менше наших нейронів. Але вони також простіше в своїй поведінці і вимагають наявності суперструктури підтримки (енергія, охолодження, багатосторонній зв'язок), яка займає значний обсяг.
Цілком ймовірно, що перший справжній штучний інтелект буде займати такий обсяг, який не буде особливо відрізнятися від розмірів нашого тіла, хоча він і буде заснований на фундаментально інших матеріалах і архітектурах, і це в черговий раз буде свідчити про те, що є щось особливе щодо шкали вимірювань.
А що сказати про кінець спектра, де розташовуються суперрозміри? Вільям Берроуз (William S. Burroughs) у своєму романі «Квиток, який луснув» (The Ticket That Exploded) уявив собі, що під планетарною поверхнею знаходиться «велика мінеральна свідомість на рівні абсолютного нуля мислення в повільних формаціях кристалів».
Астроном Фред Хойл (Fred Hoyle) вельми емоційно і переконливо розповів про наукову гіпер-інтелект «Чорна хмара» (Black Cloud), порівнянну за величиною з відстанню від Землі до Сонця. Його ідея є провісницею концепції сфер Дайсона (Dyson), тобто масштабних структур, які повністю оточують зірку і захоплюють більшу частину її енергії.
Ця теорія також підтримується обчисленнями, якими займається мій колега Фред Адамс (Fred Adams) і які свідчать про те, що найбільш ефективні структури в сучасній галактиці, що займаються обробкою інформації, можливо, каталізуються всередині темних вітрів, утворюваних вмираючими зірками - червоними гігантами.
Ці червоні гіганти виробляють енергію, достатню для декількох тисяч років, що є достатньою кількістю ентропійного градієнта, а також достатню кількість вихідного матеріалу для потенційного повного розрахунку біосфер мільярдів схожих на Землю планет.
А якими можуть бути, в такому випадку, форми життя? Цікаві думки потребують не тільки складного мозку, але ще й достатньої кількості часу для їх формулювання. Швидкість передачі інформації в нервових клітинах становить приблизно 300 кілометрів на годину, і це означає, що час проходження сигналу в людському мозку становить приблизно 1 мілісекунду.
У такому випадку на людське життя припадає 2 трильйони одиниць проходжень повідомлень (і кожне проходження, насправді, посилюється багаторазово запараллелельною обчислювальною структурою). Якби наш мозок і наші нейрони були в 10 разів більшими, а тривалість нашого життя і швидкість передачі сигналів у нейронах залишилися б незмінними, то нам знадобилося б у 10 разів менше думок протягом усього нашого життя.
Якби наш мозок неймовірно збільшився в розмірах і був би за своїм розміром порівнянний з нашою сонячною системою, а також мав би можливість посилати сигнали зі швидкістю світла, то на передачу такого ж кількості повідомлень знадобилося б весь час існування всесвіту, і тоді не залишилося б часу для того, щоб еволюція могла б зробити свою роботу.
Якби наш мозок був розміром з нашу галактику, то проблема стала б ще більш складною. З моменту її формування часу вистачило б лише на передачу приблизно 10 тисяч повідомлень, які змогли б виконати шлях від одного краю галактики до іншого.
Тому важко уявити собі живі істоти, порівняні за складністю з людським мозком, які за своїм розміром були б співставні з зірками. Якби вони існували, то у них би не було достатньої кількості часу для того, щоб, насправді, щось зробити.
Дивно, що обмежувальний вплив середовища на фізичні тіла також змушує життя бути приблизно таким же розміром, як того вимагає його розум. Висота найвищого червоного дерева обмежується його нездатністю закачувати воду вгору на висоту понад 100 метрів, і ця межа є комбінацією гравітаційних сил Землі (які притягують воду до землі), а також транспірації, поглинання води і поверхневої напруги в ксилемі нашої планети (яка піднімає її вгору).
Якщо ми припустимо, що гравітаційна сила і атмосферний тиск більшості потенційно населених планет будуть знаходитися в межах фактора 10 по відношенню до земних умов, то ми отримаємо всього пару порядку величин такого ж максимального обмеження.
Якщо ми також припустимо, що більшість видів життя буде пов'язана з якоюсь планетою, Місяцем або астероїдом, то в такому випадку гравітація також створить природну шкалу. Якщо планета стає більшою, а її гравітація більш потужною, то навантаження на кістки (або на будь-який інший еквівалентний варіант) гіпотетичної тварини збільшиться - деякі вчені говорили про це ще в 17-му столітті, в тому числі Християн Гюйгенс. Така тварина змушена буде збільшити поперечний переріз своїх кісток для того, щоб витримувати велику силу, яка збільшується на квадратний корінь розміру цієї тварини.
Подібного роду зусилля, спрямовані на формування тіла, в кінцевому підсумку, закінчаться невдачею, оскільки маса збільшується на порядок збільшення тіла в кубі. В цілому, максимальна маса здатного пересуватися земного організму буде зменшуватися майже лінеарно відповідно до збільшення сили гравітації. І, навпаки, планета, на якій гравітаційні сили будуть в 10 разів менше, ніж на Землі, потенційно може мати тварин, які будуть в 10 разів більше.
Однак існує межа того, наскільки маленькою може бути планета - якщо вона буде незначною за розміром (приблизно менше однієї десятої маси землі), то вона не буде володіти достатньою силою для того, щоб утримати свою атмосферу. Знову ми обмежені рамками приблизно коефіцієнта 10, який ми спостерігаємо на Землі. Крім того, життя потребує охолодження.
Творці комп'ютерних чіпів постійно стикаються з викликом, пов'язаним з необхідністю відводити тепло, що виникає в результаті проведення обчислювальних процесів. Живі істоти мають ту ж саму проблему: великі тварини мають високий коефіцієнт обсягу по відношенню до зовнішньої поверхні, тобто до «шкіри».
Оскільки саме шкіра несе відповідальність за охолодження тварини, а її розміри залежать від кількості виробленого тепла, великі тварини мають меншу здатність охолодження самих себе.
У 1930-х роках Макс Клейбер (Max Kleiber) вперше звернув увагу на те, що величина метаболізму скорочується пропорційно до маси тварини на коефіцієнт 0,25. І, дійсно, якби цей температурний режим не збільшувався, то великі тварини, в буквальному сенсі слова, зварили б себе (нещодавно це досить яскраво продемонстрували Аатіш Батіа (Aatish Batia) і Роберт Крулвіч (Robert Krulwich).
Якщо ми припустимо, що мінімально необхідна для функціонування ссавця спостережувана величина метаболізму всього тіла дорівнює одній трильйонній ватта на нанограм, то ми отримаємо гранично обмежений в температурному відношенні організм розміром понад 1 мільйон кілограмів, що більше синього кита - абсолютного рекордсмена серед тварин на Землі з точки зору розміру.
В принципі, можна собі уявити «істоту» набагато більшу за розміром. Якщо ми будемо ґрунтуватися на принципі Ландауера, що описує мінімальну кількість енергії, необхідної для обчислень, і якщо ми припустимо, що енергетичні джерела надмасивного, надінертного багатоклітинного організму займаються тільки повільним відтворенням клітин, то ми виявимо, що проблеми механічної підтримки перевершують за своїм впливом відведення тепла як кінцевий обмежувальний фактор зростання. Однак при таких величинах залишається неясним, що буде робити подібне створення і як воно зможе розвиватися.
Класичний короткометражний фільм Чарльза і Реї Імз (Charles and Ray Eames) «Коефіцієнт десять» (Powers of Ten) був створений, приблизно, сорок років тому, проте його вплив продовжує залишатися досить значним. Воно може бути пов'язане, наприклад, з виникненням оцінок порядкових величин в якості центрального аспекту наукової програми, і, крім того, цей фільм є прямим натхненником створення таких картографічних програм як Google Earth.
Вплив книги «Коефіцієнт десять» збільшується за рахунок разючої симетрії між наративом спрямованого всередину руху (в якому глядач опускається всередину за шкалою, починаючи від пікніка в Чикаго на березі озера до рівня менше ядра), і дуги спрямованого зовні руху (в якому зображення пульсує з зростаючою швидкістю, ставлячи Землю і її вміст у рамки великої шкали космосу).
Нам як розумним істотам просто пощастило, і ми отримали здатність рухатися в обох напрямках, досліджуючи масштаби всесвіту - як у бік зменшення, так і в бік збільшення? Ймовірно, це не так.
