地球が人類を生んだ理由
Posted on 7月 14, 2009 - Filed Under 地球について | Leave a Comment
生命はなぜ誕生したか？進化がなぜ起きるのか？我々知的生命体はなぜ存在するのか？ 未だ完全に解明されていない大きな謎である。しかし、我々は地球の過去の歴史を丹念に調べることで、生命の進化の様子について、おぼろげながらその歴史を、大まかな流れとして把握することが出来ている。こうした調査の結果、確実に言えることがいくつかある。一つは、進化が決して人類のような知的生命体を完成形として目指し、一直線に進んできたとは言えないという事だ。悠久の時の流れの中、進化は弱肉強食をその根本原理としつつ、ただ生き残るということを目指して、非常に緩慢に、そして、ほとんと行き当たりばったりで進んできているように思える。多種多様な生物を生み出して来た生命の進化は、実に驚異的で奇跡的だが、時に大量絶滅を引き起こしたりしている。もし進化の背後に地球の集合的無意識の存在を想定するにしても、それは最初から完全な英知を持っていたものではなさそうである。また、人類のような知的生命体を創造しようという動機がはじめからあったのかも疑問に思うべきだろう。完全な英知を持った存在が、知的生命体を創造することを目的としていたなら、最初に人類を作ってそれで終わりである。恐竜など存在する余地はなかったはずだ。 つまり、地球の生態系は、その進化の過程で自己矛盾を含む失敗していく体系を展開しつつ、軌道修正を繰り返しているという様子が浮き彫りになる。このことは現在であっても例外ではないと考えられるだろう。 例えば、原初の地球で、光合成をする生物が地球に現れ酸素という物質が生産され出したとき、酸素に弱い生物は非常に困った。酸素は反応性の高い物質なので扱いづらいのだ。しかし、長い時間をかけて酸素をエネルギーとして利用する生物が現れ、結果として大幅な生存圏の拡大が成ったのである。自己矛盾を乗り越えて、我々が当たり前に行っている呼吸が成立した。進化という過程がどのようなものかという典型である。 前回の投稿で、巨大生物絶滅の原因として、二酸化炭素の減少を挙げてみた。二酸化炭素を食いつぶしているのも他ならぬ生物であり、これは一つの地球生態系の自己矛盾である。この自己矛盾が、哺乳類の進化と繁栄をもたらしたのはとってもいいことだが、事態はそんなに単純ではない。 実は、地球史的スケールからすると、現在大気中の二酸化炭素は、枯渇していると表現できるほど少なくなりすぎている。地球環境における二酸化炭素の減少が、現在いかに深刻な事態になっているのか、触れられる事がほとんどないようだ。しかし、このままいくと、恐竜やマンモスのような巨大生物だけでなく、地上の普通サイズの高等生物がすべて絶滅することは確実である。 ウィキペディアで氷床コアのグラフを見てみよう。この40万年で極端な地球寒冷化が4回起きていることがわかる。この最も寒い時期には二酸化炭素濃度が 200ppm を割り込んでいる。二酸化炭素濃度 200ppm というと植物の成長が極端に遅くなる濃度だ。この時、植物に依存する動物すべてが非常な困難を経験したし、絶滅した生物も沢山あることだろう。他に注目すべきなのは、ダストの量だ。南極の氷にあるダストは、砂漠から巻き上げられた砂塵だと考えられるが、これがどんどん増えている。特に今から2万5千年前は、地表のほとんどが砂漠だったのではないだろうか。 二酸化炭素の温室効果は、濃度-効果のグラフが対数関数的になっており、400ppmほどでほとんど飽和するが、200ppm を割り込むほど濃度が低下すると、その温室効果はガクンと落ち込む性質がある。 2万年前の氷河期には日本にも氷河が存在した。海水面は今より120m下にあったし、日本列島以北が完全に氷に覆われてしまったと考えられる。この状況は地球があと少しで引き返すことの出来ないスノーボールアースにはまり込んでしまう危険性を示している。スノーボールアースになると、数億年は高等生物が存在できない世界になってしまう。地球の全生命にとって危険な状態である。幸運にも周期的な太陽光の増加によって暖かくなり、海水から出てきた二酸化炭素で生命が再び繁栄したので良かったものの、次の氷河期を乗り越えられるという保障はどこにもない。 このように地球環境から少なくなっていく一方の二酸化炭素だが、二酸化炭素を吸い尽くしている元凶であるサンゴは、人工衛星からはっきり見える最大の生物痕を残すほどに繁栄しているのだ。二酸化炭素は石灰岩として閉じ込められると、出てくることはほとんど無い。 進化というものは、時に方向性が非常に愚かで自己矛盾している。しかし、その変動に粘り強く適応し、問題を克服していく能力は抜群だ。そのおかげで、生命は地球上に生き残ってきている。特にこの700万年ほどの間に極限に達しようとしている二酸化炭素枯渇という危険な状態に対して、地球は特別な生命の進化を次に準備したと考えられる。すなわち、火を使用する知的生命体である。 すべてにおいて、その原因を一義的に定めるのは危険なことだ。知的生命体誕生の理由を、大気中二酸化炭素補充のための特別な進化だとしか見ないのは、もちろん無理があることだ。しかし、その必然性について一定の説明がつく仮説ではないだろうか？進化の目標が知的生命体にあったというのは、我々の視点からの後付の理由でしかないということを念頭に置いて欲しい。 結果としては、人類は地球の全生命体が欲していた炭素という原子を、化石として埋もれている石油石炭から大気に補充している。生き残りをかけた地球生命総体の目論見として、大気二酸化炭素の増加があるのだとしたら、その目的の第一段階は達成されつつあるのである。 このような仮説を取り入れると、二酸化炭素補充が完了した時に、人類は地球にとって用済みになって滅ぼされるのではないかと思うかもしれない。しかし、この点では安心できる。量的な観点からすれば、二酸化炭素はまだまだ全然足りない。人類による二酸化炭素補充計画は始まったばかりだ。
Read More..>>恐竜やマンモスは二酸化炭素減少で滅びた
Posted on 7月 12, 2009 - Filed Under 地球について | Leave a Comment
恐竜の滅びた原因について隕石衝突説など諸説あるが、普通に推理すれば当然のことになぜか言及する人が見当たらないので、まとめてみようと思う。 恐竜のような巨体を維持するには、かなり量の餌が必要なのは容易に推理できる。その大量の餌はどこから提供されるのだろうか？もちろん植物である。当時は恐竜と同じくらいの巨大な裸子植物が、かなりの成長スピードで繁茂していたことだろう。 植物の成長に必要なものは、日光と水と二酸化炭素、それから適温と肥料だ。 これらの条件のうちいずれかが欠ければ、植物は成長スピードが落ち、恐竜は巨体を維持できなくなって絶滅に追いやられる条件となりうる。これらのうち水と肥料は過去の地球で無くなったということは考えにくい。温度の低下というのは原因として十分考えられる。日光が少なくなるというのは、例えば隕石や火山活動の活性化で一時的に地表が暗くなると、条件になりうる。恐竜絶滅の原因として、温度変化や日光遮断を挙げるのは理にかなっている。 だがどうしたわけか、二酸化炭素減少による影響については、さっぱり真剣に取り上げられている気配がない。少し不公平な気がする。太古の大気中二酸化炭素濃度が、現在の10倍以上あり徐々に減少していったことはよく調べられている。植物の成長スピードは二酸化炭素濃度変動によってかなり変動することは、実験によってわかっている。にも関わらず、である。 植物の体のうち炭素原子はすべて二酸化炭素によるものだ。それを食って生きている動物についても同様だ。炭素は生命体にとって最も基本となる原子であり、有機という言葉は炭素を含むということを意味していることからも、その重要性は誰でも知っているだろう。生命が保持する炭素すべてが、大気中の二酸化炭素濃度に依存しているというのに、その濃度減少についてパラメータとして全くといっていいほど無視しているのは可笑しいことだ。そうじゃないだろうか？ 二酸化炭素は水に溶けやすい物質なので、生命体は大気中の二酸化炭素を容易に利用することができる。これは、大気濃度のほとんどを占める窒素については、水に溶けにくい性質から生命体がほとんど利用できていないこととは対照的だ。植物は、大気に豊富に含まれる窒素を利用できない。窒素肥料として土の中からチマチマと吸収していくしか手は無い。しかし、二酸化炭素については様々な生物が環境からとりだしてどんどん利用している。 この利用しやすさから、二酸化炭素は植物だけでなく、サンゴや貝などの動物にも利用されている。これらの動物は炭酸カルシウムとして二酸化炭素を固体に固定する。石灰岩として世界中で大量に見られるものは、サンゴのような動物が固着化した二酸化炭素の痕跡である。 このように大気中の二酸化炭素は生物によく利用され、数千万年、数億年という時間で徐々に減っていくのである。 別に、恐竜絶滅の原因を、二酸化炭素減少だけに求めているわけではない。しかし、その主原因として挙げられるべき地位は十分にある。 地球寒冷化によって冷海水に閉じ込めれらる二酸化炭素の量もバカにならないだろう。恐竜絶滅の要因としては複合的なものであるだろうが、地球寒冷化や日光遮断と比べ、二酸化炭素濃度が低下していったことは決定的な事実である。 減少していく二酸化炭素という環境に対応するために、植物は面積の広い葉を求めて進化した。集光効率を上げるとともに、二酸化炭素吸収効率も上げる必要があったのだ。かつての恐竜時代のように、それほど複雑な枝を持たなくても、どんどこ成長できる時代ではなくなったのだ。哺乳類も少なくなる餌に対応できていたために爬虫類などと比べて繁栄したのである。 大気中の二酸化炭素濃度がジリ貧になっていく中、植物の成長スピードもかなり減ってきてしまった。だから、恐竜時代と比べて生命の多様性は失われ、一旦は小型の生物しか存在しない地球の時代があったと考えられる。 そんな中、二酸化炭素濃縮機能を持った植物が出現する。C4型光合成と言われているものだ。これによって植物の成長スピードが再びアップし、哺乳類の強大化が始まったと推測できる。第二の巨大生物の時代だ。そうは言っても、地球の二酸化炭素濃度はすでに低空飛行の状態に入っている。地球温度の周期的な上昇と下降によって海中に二酸化炭素が溶けたり出てきたりするものだから、その影響がもろに出てくるような環境になっている。だから、恐竜ほどの巨体を持つまでには到らなかったと考えられる。 そうしているところで、およそ700万年前に決定的に二酸化炭素濃度が激減し、C4植物が激増する。この時、ある重要な環境変動があったと考えられる。この時以来、地球は二酸化炭素濃度の超低空飛行の状態が続いていく。 スノーボールアースという学説がある。ある面積の地球表面を氷が覆ってしまうと、そのアルベド値（反射率）の激増によって、地表全体が氷に覆われてしまい、その悪循環から抜け出せなくなるというものだ。これは、ある程度の二酸化炭素による温室効果があるならば防がれる状態ではある。 しかし、特にここ100万年間の氷河期の地球では、二酸化炭素濃度はほとんど臨界に達するくらい減少している。ここまで来ると、スノーボールアース一歩手前の状態だ。C4植物でも仕方の無いくらいに成長が遅くなり、砂漠化も激しく進行した。巨大哺乳類であるマンモスもこうして絶滅していったのである。 以上大雑把ではあるが、二酸化炭素濃度と生命の繁栄を密接な関係性を持つものとして考察すれば、生命の進化と絶滅について、より多くのことを説明できる。地球上に生きる生命は炭素生命体であり、その資源はすべて大気中の二酸化炭素にあるのだから、当たり前だ。 次に、二酸化炭素濃度の減少と進化との関連性、また、火を使う生命体＝人類の出現について、その地球史的役割を考えてみたい。
Read More..>>単位四元数座標系のローレンツブースト
Posted on 7月 2, 2009 - Filed Under ブラックホール | Leave a Comment
というわけで、前回、フレーム時間という絶対時間を実宇宙に定義した。この時間は、日常的に経験する一方向的な自由度を持った時間で、相対論の要請ではない。しかしながら、数学的には非常に高度なものになる。 数理構造としてはN次元まで拡張されている。このN次元のNはいくつなのかが気になるが、多分宇宙半径と光速の比くらいとんでもなくでかいと思われる。N次元の回転が私たちのいる宇宙での絶対時間を定義しているということだ。だから、宇宙の始まりから終わりまでの非常に長いタイムスパンからすれば、この絶対時間も循環しているということになる。実を言うとN次元は無限大まで拡大すると考えている。ところが無限まで拡大した空間宇宙では、あらゆる物理法則は消えてしまうことになる。 絶対時間による有限次元の数理構造の分断が物理法則を演出する。つまり、異なる物理定数を持った無限階層のハイパースペースを想定していることになる。 このような宇宙観は想像力をかきたて目の覚めるような魅力があるとは思う。しかし、現時点では追求しても利益はないだろう。それよりも問題なのは、一般相対性理論のいう歪んだ時間、空間の曲率としての重力だ。これと単位四元数座標系との関わりの追求を続けるべきだろう。ただ、その追求の過程において、この絶対時間を要請することにしないとなんとも具合が悪い。そうじゃないだろうか？ 「それって、無理やり物理法則をシミュレーション可能な風に改造したんじゃね？」 と思われるかもしれないが、そうともいえるｗ。この絶対時間の前提があるから、時間反転した粒子をそれ以前のフレームに戻すという操作をしないでシミュレーションを継続させることができる。相対時間の反転を単に運動量の反転として反映させることが許されるようになるのである。 さて、ローレンツ変換の数理構造は、四元数を使って、 ct , L * (i * x + j * y + k * z) (L は、i j k と別の虚数単位) で記述できることは知られている。これはバイクォータニオン(Biquaternion)とか、双曲四元数という名前で解明されているようだ。だがこれらは、角度だけを物理量に使用する超角度理論の目的とは違っている。 以前の投稿で、四次元を回転させる四元数が、 { cos(q) , ux * sin(q) , uy * sin(q) , uz * sin(q) } 0 ≦ q ≦ π ux^2 + uy^2 + uz^2 = [...]
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