|
发表于 2019-7-17 21:11:00
|
显示全部楼层
在现有物理法则下,铁基生物是不可能存在的,硅基生物也不能自然产生,因为可能的“最简单的硅基生物”也是很复杂的。
硅基生物:对“费米佯谬”的纯理智分析(1)——生命的起源形式……
C级:
和我们同一个元素周期表构成的生命。
对B级生命的讨论得出结论,生命只能是“质子、中子、电子(包括三者的某些形式的聚合)”,——也就是原子或者叫化学元素。
周期表里的元素和同位素就那么多,不在同位素列表中的同位素即使存在也大多是半衰期极短的同位素。超铀元素稳定岛即使存在较稳定的元素,其半衰期也不可能超过万年(或许是秒级别的),显然,生命不能指望稳定岛上的元素,而除了稳定岛,宇宙再不可能制造出周期表外的稳定元素了。
让我们把目光聚焦到周期表上的百余个元素。
生物需要结构、能量、溶剂
结构
前面说过,所以构成生命的最小单位必须由其中的一种或几种力互相结合,结合强度足以保证最小单位不会随机的脱离。对于周期表元素构成的生物,结合力就是原子间作用力和分子间作用力(本质上都是电磁力),而最小单位则是原子,而等离子体由于不能固定构成其本身的物质,是不能构成生命的。
也就是说,构成生物的原子必须结合的足够“强”以至于这些原子不会被热运动变成随机位置。
最理想的“结构原子”就是碳,碳碳键钉住的原子是宇宙中位置最稳定的原子,金刚石的硬度是已知最大的。(锇的硬度可能超过金刚石,然而锇在宇宙的任何地方都是稀有的),其他候选的原子包括:碳、氮、过度金属、铍、硼、铝、硅、硫、磷等等。
但是有几点是明确的:氢不能成为结合原子(只有一个配位键),氧硫不能单独成为结合原子。
能量
生物除了结构原子还需要能量,地球生物圈主要的能量循环是以碳水化合物最为承载的。
在光合作用过程,光能电离水产生游离氢,还有部分能量传递给ATP,然后ATP的能量辅助下游离氢与二氧化碳结合成碳水化合物,有氧呼吸则几乎是反过程:碳水化合物释放少量能够产生氢原子,氢原子氧化产生大量能量。
熟悉燃料电池的朋友会发现其实线粒体就是最好的燃料电池。
溶剂
燃料电池除了燃料还必须有电解质,事实上由于生物不能是等离子体或高温体(结构原子的结合强度决定),化学反应不可能在高温气相下进行。熟悉冶金和化工的知道,化学反应无非是火法或者湿法,火法不行则只能选湿法。所以生物离不开液体溶剂。
做电池电解质设计的知道,液体溶剂要支持高能反应,本身必须是足够稳定的,如果本身电离电压只有。0.5V,那么就无法承受超过0.5V的电化学过程。同理,生物体选择的溶剂决定了生物获取和储存能量的上限。
宇宙中常见的中低温液体:水、液态氢、液态甲烷、液态氨、液态氮、液态氧、液态二氧化碳、液态硫、四氧化二氮、二氧化硫、浓硫酸以及其中某些的混合物(显然需要不发生化学反应才能混合)
液态氢做不了电解质×,液态氮、液态氧、液态硫、四氧化二氮同理×
液态甲烷、液态氨的电离电压很低,不足0.1V(具体依照温度而定),也就是说液态甲烷、液态氨为电解质的生物无法进行电化学电压超过0.1V的化过程。
类似的,以水为电解质的地球生物无法把硅、铁、钠、氯、氟这样的元素变成单质。
二氧化硫、浓硫酸的电离电压同样比水低很多(注意浓硫酸的电离是分解成亚硫酸或二氧化硫),而且在宇宙中比水更加稀少。
让我们回顾前文的结构元素,由于溶剂的限制,无论水电解质生物还是非水电解质生物,都无法把钛、硅、铁等强碳化物形成元素从氧化态变成游离态或碳化、氮化态,如果要存在“硅基、铁基、铝、铍、硼基生物”,就必须存在非氧化态的硅、铁等供其吸收(并没有),然而这些元素的游离态是不能与电解质天然长期共存的。比如硅,含有液态水的环境是不可能天然含有游离硅的。而要把二氧化硅转换成游离硅,又不可能在水环境下进行。
好了,结构元素只剩碳、氮、硫、磷了,氮氮键、氮氧键、氮硫键都不稳定,氮还剩离不开碳作为生物结构,目测只剩磷硫了。
磷硫和碳一样,属于和谁都能结合,和自己也能结合的原子,然而磷硫无论和什么结合,形成的化学键都很“弱”(想象一下白磷的硬度和金刚石的硬度),由它们作为结构原子的生物(如果存在)将会脆弱的令人发指。
综上,碳基-水电解质生物实际上已经是B级生物的最优解,其次是碳基-氨电解质生物,再次是磷硫基——周期表就这么大,并无其他解。
关于超级硅基生物假说:很多人疑问,你说硅/金属基生物不可能存在,那你是什么?这就需要所谓超级硅基生物假说,超级硅基生物,允许高温气体作为生物构成,所以不再苛求电解质,为了避免高温气体打乱自身原子排列,超级硅基生物存在隔热结构,然而超级硅基生物是无法自然进化产生的(大型有序结构不能进化产生,这里的有序是量子态级别的有序),一般认为,全人类的工业体系构成一个“准超级硅基生物”(因为工业还需要人力和木头等碳基生物),理想的超级硅基生物是否存在尚不确定,我个人认为,即使存在超级硅基生物,也是要依赖碳基构件的。 |
|