No016 专题:航天事业全面开花

编号016

专题:航天事业全面开花

技术的积累成为通往太空的阶梯

特别会议”

技术积累在通往太空的楼梯上

井田茂
东京工业大学教授
黑田亚里沙
人才

由于放松管制,太空探索领域向私营部门开放,世界各地的各种公司都在太空业务上相互竞争。有许多项目与尖端研究中心齐头并进。近年来取得显着进展的天文观测领域,正在为太空探索描绘出怎样的未来愿景?立志成为宇航员的名人黑田有纱拜访了东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)研究系外行星的井田茂教授。

(构图/文字/Hirokuni Kamiyoshi Photography/Chisato Kurotaki (Amana))

地球上只有一种生命

火星,有人猜测那里可能存在生命
迄今为止,已有多个漫游车(自行式机器人)通过NASA(美国国家航空航天局)火星探测任务登陆、调查和观测火星,但尚未发现任何生物体。
©Stocktrek 图片 /amanaimages
据传火星上可能存在生物体。

── 与这次的主题“太空商业”相关,载人火星探索很可能成为2020年代开始的现实话题,涉及私营公司。

艾达──目前,关于火星上是否存在生命存在着很大的争论。火星表面干燥无水,生命生存条件极其恶劣。不过,据说可以肯定的是,火星表面大约在40亿至35亿年前就有水。

微生物可能已经诞生了很久以前,并且可能隐藏在地下。如果我们发现了它,那将是一个伟大的发现,但我们真的知道它是一个生物吗?毕竟,我们只了解一种生物。

黑田──只有一种类型是什么意思?

艾达──地球上的所有生物,包括人类、雪松树和大肠杆菌,都具有相同的遗传密码和构成其身体的相同的 20 种氨基酸。换句话说,可以肯定的是,他们是从同一个祖先分化出来的。从这个意义上说,我们可以说我们只知道一种生物(从我们的祖先分支出来)。

即使在地球上,只有拥有共同祖先的生物,如果没有知识,也不可能认识到我们、日本柳杉和大肠杆菌都是相同的生物。此外,如果有生物是从完全不同的祖先进化而来的,我们很难想象它们会是什么样子,或者它们的身体会如何运作。如果火星上的生命形式与地球上的生命形式完全不同,我们能将它们视为生物吗?为了理解这一点,首先重要的是要理解“生命是什么?”

假设火星有水和有机物,并且有一定的能量输入和输出。如果是火星,来自太阳的光就会到达我们,所以如果在那个环境中发生某种化学反应,在那里诞生一些东西也就不足为奇了。目前,假设存在生物体,问题是“如何缩小范围”、“如何检测”以及“我们可以分析什么样的东西?”

事实上,它可能已经被发现,只是我们还没有认识到它。此外,要认识外星生命,一个主要问题是它是否可以被视为生物。

先生井田茂

我们如何定义生命?

黑田──在您迄今为止所做的所有研究中,您如何定义“生物”?

艾达──我不是生物学家,我的背景是物理学和天文学,所以当我开始谈论外星生命时,我学到了很多东西。作为一个从外面进来的人,我没有生物学家对生物的详细了解,所以我也许能够客观地看待事物,但说实话,我认为这个问题很难回答。

可以说地球上的生物具有这些特征。例如,生物有称为细胞膜的膜,能量转移的“新陈代谢”发生在其中。他们在从事这些活动的同时,也复制了自己,继承了自己的特征。这些是地球上生命的特性,但我的印象是很难知道它们在太空中的应用有多普遍。

另一方面,薛定谔,一位著名的量子力学创始人之一的物理学家*1等等都有自己对生活的定义。正常物理定律中的熵*2增加,但生物有能力保持熵恒定或减少熵,以使熵不增加。换句话说,我们创造了一种违反物理定律的秩序。因此,薛定谔的想法是将“生命”定义为通过局部减少熵而增加整个宇宙的熵来维持平衡的东西。我认为这是一个非常有趣的观点。

埃尔文·薛定谔
来自奥地利的理论物理学家(1887-1961)。他提出了“波力学”,即波形式的量子力学,以及薛定谔方程,即量子力学的基本方程。他因量子力学的发展而受到赞誉。他还因其名为“薛定谔的猫”的思想实验而闻名。
©科学图片库/amanaimages
埃尔文·薛定谔

[脚注]

*1
埃尔文·薛定谔(1887-1961):来自奥地利的理论物理学家。他提出了“波力学”,即波形式的量子力学,以及“薛定谔方程”,即量子力学的基本方程。在量子力学中,物体被视为状态的叠加(状态只能通过观察在概率上确定),但他通过思想实验“薛定谔的猫”指出了这种说法的不完整性。1944年,他出版了《生命是什么?》一书,应用物理理论知识,描述了他独特的生命观。它也影响了后来发展的分子生物学领域。
*2
熵:表示状态“混乱”或“不规则”程度的指标,用于热力学、统计力学、信息论等。热力学第二定律(当绝热系统发生不可逆变化时,该系统的熵增加)也称为“熵增定律”。由这一定律衍生出来的理论之一是“热死亡”,它认为宇宙的最终状态将达到熵最大的热平衡状态(一种所有能量均匀分布的状态;例如,当冷水与洗澡水混合时,温度最终变得恒定)。 19世纪末,英国理论物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦展示了一个名为“麦克斯韦魔鬼”的热力学思想实验,提出熵可以减少,但这个问题在20世纪末随着计算机科学的发展而暂时得到解决。
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