30.1: Muktadha wa Cosmic kwa Maisha

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza hali ya kemikali na mazingira ambayo hufanya Dunia ukarimu kwa maisha
• Jadili dhana ya msingi ya kanuni ya Copernica na ueleze matokeo yake kwa wanaastronomia wa kisasa
• Kuelewa maswali ya msingi Kitendawili cha Fermi

Tuliona kwamba ulimwengu ulizaliwa katika Big Bang kuhusu miaka bilioni 14 iliyopita. Baada ya moto wa awali, mnene wa moto wa uumbaji kilichopozwa kutosha kwa atomi kuwepo, jambo lolote lilikuwa na hidrojeni na heliamu (kwa kiasi kidogo sana cha lithiamu). Kama ulimwengu ulivyokuwa na umri, michakato ndani ya nyota iliunda elementi nyingine, ikiwa ni pamoja na zile zinazounda Dunia (kama vile chuma, silicon, magnesiamu, na oksijeni) na zile zinazohitajika kwa maisha kama tunavyoijua, kama vile kaboni, oksijeni, na nitrojeni. Vipengele hivi na vingine vimeunganishwa katika nafasi ili kuzalisha misombo mbalimbali ambayo huunda msingi wa maisha duniani. Hasa maisha duniani yanategemea kuwepo kwa kitengo muhimu kinachojulikana kama molekuli ya kikaboni, molekuli iliyo na kaboni. Hasa muhimu ni hidrokaboni, misombo ya kemikali iliyoundwa kabisa ya hidrojeni na kaboni, ambayo hutumika kama msingi wa kemia yetu ya kibiolojia, au biochemistry. Wakati hatuelewi maelezo ya jinsi maisha duniani yalivyoanza, ni wazi kwamba kufanya viumbe kama sisi iwezekanavyo, matukio kama yale tuliyoelezea lazima yamefanyika, na kusababisha kile kinachoitwa mageuzi ya kemikali ya ulimwengu.

Nini Alifanya Dunia ukarimu kwa Maisha?

Karibu miaka bilioni 5 iliyopita, wingu la gesi na vumbi katika jirani hii ya cosmic ilianza kuanguka chini ya uzito wake mwenyewe. Kati ya wingu hili sumu Sun na sayari zake, pamoja na miili yote ndogo, kama vile comets, ambayo pia obiti Sun (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Sayari ya tatu kutoka Jua, kama ilipoza, hatimaye iliruhusu kuundwa kwa kiasi kikubwa cha maji ya kioevu juu ya uso wake.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Comet Hyakutake. Picha hii ilitekwa mwaka 1996 na mpiga picha wa NASA Bill Ingalls. Athari za kimondo zinaweza kutoa maji na aina mbalimbali za kemikali zinazovutia, ikiwa ni pamoja na kemikali za kikaboni, duniani.

Aina ya kemikali na hali ya wastani duniani hatimaye ilisababisha kuundwa kwa molekuli zilizoweza kufanya nakala za wenyewe (kuzaliana), ambazo ni muhimu kwa mwanzo wa maisha. Zaidi ya mabilioni ya miaka ya historia ya Dunia, maisha yalibadilika na ikawa ngumu zaidi. Mwendo wa mageuzi uliwekwa na mabadiliko ya mara kwa mara duniani kote yanayosababishwa na migongano na baadhi ya miili midogo ambayo haikuiingiza kwenye Jua au mojawapo ya walimwengu wake walioandamana. Kama tulivyoona katika sura ya Dunia kama Sayari, mamalia wanaweza kudaiwa utawala wao wa uso wa Dunia kwa mgongano kama huo miaka milioni 65 iliyopita, ambayo ilisababisha kutoweka kwa dinosaurs (pamoja na wengi wa vitu vingine vilivyo hai). Maelezo ya kutoweka kwa wingi kwa sasa ni lengo la maslahi makubwa ya kisayansi.

Kupitia zamu nyingi za kupotosha, mwendo wa mageuzi duniani ulizalisha kiumbe na ufahamu wa kibinafsi, na uwezo wa kuuliza maswali kuhusu asili yake na mahali pa ulimwengu (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kama sehemu nyingi za Dunia, kiumbe hiki kinaundwa na atomi zilizogunduliwa katika vizazi vya awali vya nyota—katika kesi hii, imekusanyika ndani ya mwili wake na ubongo wake wote. Tunaweza kusema kwamba kupitia mawazo ya wanadamu, jambo katika ulimwengu linaweza kuwa na ufahamu wa yenyewe.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Young Binadamu. Binadamu wana akili ya kushangaa juu ya sayari yao na kile kilicho mbali nayo. Kwa njia yao (na labda maisha mengine ya akili), ulimwengu unakuwa na ufahamu yenyewe.

Fikiria juu ya atomi hizo katika mwili wako kwa dakika. Wao ni tu kwa mkopo kwako kutoka maktaba ya mikopo ya atomi ambayo hufanya kona yetu ya ndani ya ulimwengu. Atomi za aina nyingi huzunguka kupitia mwili wako na kisha kuachia—na kila pumzi unayoingiza na exhale na chakula unachokula na hutoa. Hata atomi zinazochukua makazi ya kudumu zaidi katika tishu zako hazitakuwa sehemu yako kwa muda mrefu zaidi kuliko ulivyo hai. Hatimaye, utarudi atomi zako kwenye hifadhi kubwa ya Dunia, ambako zitaingizwa katika miundo mingine na hata vitu vingine vilivyo hai katika miaka mingi ijayo.

Picha hii ya mageuzi ya cosmic, ya asili yetu kutoka nyota, imepatikana kupitia jitihada za wanasayansi katika nyanja nyingi zaidi ya miongo mingi. Baadhi ya maelezo yake bado ni tentative na haujakamilika, lakini tunajisikia ujasiri katika maelezo yake pana. Ni ajabu kiasi gani tumeweza kujifunza katika muda mfupi tumekuwa na vyombo vya kuchunguza hali ya kimwili ya ulimwengu.

Kanuni ya Copernican

Utafiti wetu wa astronomia umetufundisha kwamba tumekuwa na makosa katika siku za nyuma wakati wowote tulipodai kuwa Dunia ni ya pekee kwa namna fulani. Galileo, kwa kutumia teknolojia mpya iliyobuniwa ya darubini, alituonyesha kwamba Dunia sio kituo cha mfumo wa jua, bali ni moja tu ya vitu kadhaa vinavyozunguka Jua. Utafiti wetu wa nyota umeonyesha kuwa Jua lenyewe ni nyota isiyojulikana sana, nusu kupitia hatua yake ndefu ya mlolongo kama mabilioni mengi ya mengine. Inaonekana hakuna kitu maalum kuhusu nafasi yetu katika Milky Way Galaxy ama, na hakuna kitu cha kushangaza kuhusu nafasi ya Galaxy yetu katika kundi lake au supercluster yake.

Ugunduzi wa sayari kuzunguka nyota nyingine unathibitisha wazo letu kwamba malezi ya sayari ni matokeo ya asili ya kuundwa kwa nyota. Tumebainisha maelfu ya sayari za nje- sayari zinazozunguka nyota zingine, kutoka zile kubwa zinazozunguka karibu na nyota zao (zinazoitwa “Jupiters moto”) hadi sayari ndogo kuliko Dunia. Mkondo wa kutosha wa uvumbuzi wa exoplanet unasababisha hitimisho kwamba sayari zinazofanana na dunia hutokea mara kwa mara-kutosha kwamba kuna uwezekano wa mabilioni mengi ya “Exo-earths” katika Galaxy yetu ya Milky Way pekee. Kutokana na mtazamo wa sayari, sayari ndogo si za kipekee.

Wanafalsafa wa sayansi wakati mwingine huita wazo kwamba hakuna kitu maalum kuhusu nafasi yetu katika ulimwengu kanuni ya Copernican. Kutokana na yote yaliyo hapo juu, wanasayansi wengi wangeshangaa kama maisha yalikuwa mdogo kwenye sayari yetu na ilianza mahali popote. Kuna mabilioni ya nyota katika galaxi yetu ya zamani ya kutosha kwa maisha kuwa na maendeleo katika sayari inayozunguka, na kuna mabilioni ya galaxi nyingine pia. Wanaastronomia na wanabiolojia kwa muda mrefu walidhani kwamba mfululizo wa matukio yanayofanana na yale yaliyopo duniani mapema pengine yalisababisha viumbe hai kwenye sayari nyingi kuzunguka nyota nyingine, na pengine hata kwenye sayari nyingine katika mfumo wetu wa jua, kama vile Mars.

Suala halisi la kisayansi (ambalo hatujui jibu kwa sasa) ni kama biochemistry ya kikaboni inawezekana au haiwezekani katika ulimwengu kwa ujumla. Je, sisi ni bahati na nadra sana matokeo ya mageuzi ya kemikali, au ni biokemia hai sehemu ya kawaida ya mageuzi ya kemikali ya ulimwengu? Hatujui jibu la swali hili, lakini data, hata kiasi kidogo sana (kama kutafuta “isiyohusiana na sisi” mifumo ya maisha duniani kama Europa), itatusaidia kufika.

Basi Wako wapi?

Ikiwa kanuni ya Copernican inatumika kwa maisha, basi biolojia inaweza kuwa ya kawaida kati ya sayari. Kuchukuliwa kwa kikomo chake cha mantiki, kanuni ya Copernican pia inaonyesha kwamba maisha ya akili kama sisi inaweza kuwa ya kawaida. Intelligence kama yetu ina mali maalum sana, ikiwa ni pamoja na uwezo wa kufanya maendeleo kupitia matumizi ya teknolojia. Maisha ya kikaboni yanayozunguka nyota nyingine (za zamani) huenda yameanza miaka bilioni mapema kuliko tulivyofanya duniani, hivyo huenda ikawa na muda mwingi zaidi wa kuendeleza teknolojia ya juu kama vile kutuma habari, probes, au hata aina za maisha kati ya nyota.

Wanakabiliwa na matarajio hayo, mwanafizikia Enrico Fermi aliuliza swali miongo kadhaa iliyopita ambayo sasa inaitwa kitendawili cha Fermi: wapi? Ikiwa maisha na akili ni za kawaida na zina uwezo mkubwa wa kukua, kwa nini hakuna mtandao wa ustaarabu wa galactic ambao uwepo wake unaendelea hata kwenye mfumo wa sayari wa “latecomer” kama yetu?

Ufumbuzi kadhaa umependekezwa kwa kitendawili cha Fermi. Pengine maisha ni ya kawaida lakini akili (au angalau ustaarabu wa kiteknolojia) ni nadra. Labda mtandao huo utakuja katika siku zijazo lakini bado haujawahi kuwa na wakati wa kuendeleza. Labda kuna mito isiyoonekana ya data inapita nyuma yetu wakati wote kwamba sisi si juu ya kutosha au nyeti kutosha kuchunguza. Labda aina ya juu hufanya mazoezi ya kuingilia kati na machanga, kuendeleza ufahamu kama vile yetu wenyewe. Au labda ustaarabu unaofikia kiwango fulani cha teknolojia kisha huharibu, maana hakuna ustaarabu mwingine uliopo sasa katika Galaxy yetu. Hatujui kama maisha yoyote ya juu ni huko nje na, ikiwa ni, kwa nini hatujui. Hata hivyo, unaweza kutaka kuweka masuala haya katika akili kama wewe kusoma mapumziko ya sura hii.

 

Je, kuna mtandao wa ustaarabu wa galactic zaidi ya mfumo wetu wa jua? Kama ni hivyo, kwa nini hatuwezi kuwaona? Kuchunguza uwezekano katika video ya cartoon “The Fermi Paradox—Wapi Wote wageni?” https://youtu.be/sNhhvQGsMEc

Muhtasari

Maisha duniani yanategemea kuwepo kwa kitengo muhimu kinachojulikana kama molekuli ya kikaboni, molekuli iliyo na kaboni, hasa hidrokaboni tata. Mfumo wetu wa jua uliunda takriban miaka bilioni 5 iliyopita kutokana na wingu la gesi na vumbi lililotengenezwa na vizazi kadhaa vya uzalishaji wa elementi nzito katika nyota. Maisha yanajumuishwa na mchanganyiko wa kemikali wa vipengele hivi vinavyotengenezwa na nyota. Kanuni ya Copernican, ambayo inaonyesha kuwa hakuna kitu maalum kuhusu nafasi yetu katika ulimwengu, ina maana kwamba kama maisha inaweza kuendeleza duniani, inapaswa kuwa na uwezo wa kuendeleza katika maeneo mengine pia. Kitendawili cha Fermi kinauliza kwa nini, ikiwa maisha ni ya kawaida, fomu za maisha zaidi hazijawasiliana nasi.

faharasa

molekuli kikaboni

mchanganyiko wa kaboni na atomi nyingine-kimsingi hidrojeni, oksijeni, nitrojeni, fosforasi, na sulfuri-baadhi ambayo hutumika kama msingi wa biochemistry yetu