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细菌比人类小数亿倍,宇宙中是否存在比人类大上亿倍的生物呢?

 繁星mvrct0eko3 2021-01-22

大家估计看过这样一个视频,从植物内部的一个细胞出发,逐渐拉高视野,慢慢显现出植物叶片的脉络,然后显示出整个叶片,接着再到一棵树、一片土地,镜头继续拉高,逐渐显现出地球的外貌、太阳系的轮廓,接下来就是整个银河系、拉尼亚凯亚超星系团,最后定格到整可观测宇宙。在浩瀚的星际空间中,许多星系所组成的画面,与植物叶片中细胞与细胞之间所构成的画面,一上眼有太多的相似之处了。大和小、内和外的这种转换,无疑让人感到非常震撼,同时也加深了对“一沙一世界、一叶一菩提”这种深层次的思辨逻辑。

宏观世界和微观世界的联系,是否可以通过无限的放大和缩小,来表明它们之间的相似性呢?如果相似,是否意识着宏观即微观,微观即宏观呢?要解释这个问题,难度的确很大。我们不妨从细菌和人的大小对比出发,先看看宇宙中能否会存在着比人还要大上亿倍的生物。

在生物学上,细菌是被划为细菌界的一类单细胞生物,隶属于原核生物,是地球上存在时间最长、结构最为简单的生物,广泛存在于地球的各个角落,无论是两极、高山,还是陆地、海洋,抑或有氧环境还是无氧环境,都有它们身影的存在。从生物遗传和进化的角度分析,目前地球上形形色色的生命体,都是在地球刚刚形成之后的数亿年时间里,由真细菌和古细菌的共同祖先演化而来。

细菌根据形态的不同,可以分为球状细菌、杆状细菌和螺旋细菌三大类。无论是哪种细菌,其结构都包括细胞壁、细胞膜、细胞质以及核糖体等,有些细菌还包括一些特殊结构,比如荚膜、菌毛、鞭毛、芽孢等。不同种类的细菌,其大小不一,有的可以达到十几个微米,有的还不到1微米,但大多数都在0.5-5微米之间(以下为了计算的方便,我们取平均值2微米)。

如果按照体积来算,一个细胞的体积约为4.2*10^(-18)立方米,质量约为10^(-10)克,可见细菌从体积上看,要远比1个原子的体积10^(-30)立方米大得多。而成年人体的身高普遍在1.7米左右,体重我们按平均60公斤衡量,那么1个成年人的体积约为0.06立方米。所以,人所占的体积将是细菌的百万亿倍,而质量仅是细菌的千亿倍。

如果按照体积对比,比1个成年人体积大百万亿倍的物体,假如是圆形的话,其直径将达到1.8万米,相当于地球直径的1.5倍,也就是说假如存在这样的巨型生物的话,它的体型将是星球级别的。

如果按照质量对比,比1个成年人质量大千亿倍的物体,那么它最终的质量将是60亿吨,以地球这样的岩质行星平均密度5.5吨/立方米来衡量的话,也就相当于半径为640米的一个球体,这个大小甚至比不上很多进入到地球大气层的小行星。

如果以地球存在碳基生命的基础条件来衡量,即使用上面对比出来的最小值,即以质量对比出来高达1公里(半径640米)的生物,那么这种生物的生存就会面临几个严峻且难以解决的问题:一是存在的载体对其重力的影响。像地球这样的行星,由于引力的作用,在陆地上生存的最大生物(远古时期生存的恐龙),其高度最多也只是十几米,体型再大的话,身体的骨骼就不能再承受引力产生的对身体的压力。目前为止,在海洋中存在的蓝鲸,体长可以达到数十米,主要也是受益于海水的浮力,减少了重力对身体的压迫。

二是食物来源的问题。一种生物如果生存,就必须从周围的环境中获取足够的食物或者养分,来维持自身生理活动、新陈代谢所需要的能量消耗。体型越巨大、所要求的能量保障也就越大,几百米甚至上万米大的巨型生物,如何有效地获取足够多的能量,也是一个大问题。

三是重力压缩所带来的内部高压问题。长度在数百米的生物或许还能好很多,假如一个生物的长度在数万米之巨,那么在万有引力的作用下,组成身体的各个部分,都会受到来自核心处很强的引力,相当于非常巨大的拉力将这些部位朝着核心处“拉扯”,而碳基有机体的组成部位,根本无力承担这样的拉力作用(即使是固态行星,最后也会在这种引力作用下坍缩成球体),从而形成高度致密的球体状态,特别是内部会因为剧烈的坍缩,变化为高温高压的环境,参考地球内核温度为6000多摄氏度、压力100多万倍标准大气压,试想哪种碳基生命体能够承受这样的环境?

从现有科学理论以及观测结果表明,地球之外我们还没有发现任何生命形式,而且理论也不支撑会有那么大的生物体存在。至于宏观宇宙的运行,与微观世界中原子的运行,表面上看有着一定的相似之处,都围绕着某个核心在运转,但它们之间还是存在着许多本质性的区别,比如:

一是因果性和随机性的差别。宏观宇宙的天体运行和发展演化,势必存在着紧密的因果联系,没有哪一个天体的运行,找不到推动的力量和原因。但是根据量子力学的理论,世界越微观,则这种因果关系就会越弱化,而不确定性就会越来越强,等到原子中的电子级别,则只能用概率来描述粒子的运动规律了。

二是维度的可拓性差别。按照超弦理论的推测,在微观世界,整个空间可以分为11个维度,从人体的角度来感知,除了常规的三维空间以外,其余的8个维度都极度卷曲。而随着尺度的逐渐增大,其余的几个卷曲维度也慢慢消失不见。

三是物质之间相互作用力的差别。在尺度非常大的宏观宇宙,万有引力是维系物质运行最强有力、也是最根本的作用力;而在我们能够感知的宏观与微观并存的尺度,则是电磁力居主导地位,万有引力退居其次;如果到了原子层面的微观世界,则强核力和弱核力开始越来越强。

我们不能因为原子与宇宙的运行特征有着一定的“人为判断”的相似性,就可以得出宇宙也是一个大的生物体这样的结论。其实,在宏观宇宙和微观世界中,还有着太多本质上的差别,而我们却往往忽略这种差别。当然,我们不能一下子全盘否定存在星体级别生物的这种猜想,因为我们得出的“不可能”,是建立在现有物理体系和科学认知范畴之内的结论,以后物理大厦和对宇宙的认知,能够达到什么级别和水平,现在谁也说不清楚。

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