吨在我们的宇宙中，事物的大小从微小的10开始-19表征夸克相互作用的米尺度，到宇宙视界1026米外。在这45个可能的数量级中，据我们所知，生命仅限于一个略高于9个数量级的相对较小的范围内，大致处于世界范围的中间：细菌和病毒的测量值可以小于1微米，即10微米-6米，最大的树的高度大约达到100米。这种蜂蜜真菌生活在俄勒冈州的蓝山下，可以说是一种单一的生物，直径约4公里。当涉及到已知的有情生命时，其范围甚至更小，约为三个数量级。
事情会有什么不同吗？
计算理论的进展表明，感觉和智能可能需要数以万亿计的原始“电路”元素。考虑到我们的大脑是由神经元组成的，而神经元本身本质上就是专门合作的单细胞有机体，我们可以得出结论，生物计算机需要与我们自己大脑的物理尺寸相当，才能展示我们所拥有的能力。
受约束：红木树的高度，如加利福尼亚州红杉国家公园的这些巨型红杉树，一方面是由重力与植物木质部的蒸腾作用、水分粘附和表面张力之间的平衡决定的。幸运摄影师/iStock
我们可以想象在人工智能系统中建造比我们自己小的神经元。例如，电子电路元件现在比神经元小得多。但它们的行为也更简单，需要占用大量空间的上层建筑支持（能源、冷却、相互通信）。尽管基于完全不同的材料和结构，第一代真正的人工智能很可能占据的体积与我们自己身体的大小没有太大差别，这再次表明米刻度有一些特殊之处。
如果我们的大脑和神经元都大10倍，那么我们一生中的思想就会少10倍。
那么在光谱的超大端呢？威廉·巴勒斯（William S.Burroughs），在他的小说中爆炸的罚单他认为，在行星表面之下，存在着“一种巨大的矿物意识，接近绝对零度，以缓慢的晶体形态思考”。天文学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）戏剧性地、令人信服地描述了一种有感知力的超智能“黑云”，与地-日距离相当。他的想法预示着戴森球体的概念，戴森球体是一种完全围绕恒星的巨大结构，可以捕获恒星的大部分能量。我和同事弗雷德·亚当斯正在进行的计算也支持了这一观点，这表明，目前银河系中最有效的信息处理结构可能是在濒临死亡的红巨星喷出的煤烟风中催化的。在几万年的时间里，布满灰尘的红巨星提供了足够的能量、足够大的熵梯度和足够的原材料，足以潜在地计算出10亿类地行星的生物圈。
这样的生命形式能有多大？有趣的想法不仅需要复杂的大脑，还需要足够的时间来形成。神经传输的速度约为每小时300公里，这意味着人脑中的信号传递时间约为1毫秒。因此，人类的一生包括2万亿次信息交叉时间（每个交叉时间都被丰富的大规模并行计算结构有效地放大）。如果我们的大脑和神经元都大10倍，我们的寿命和神经信号速度不变，那么我们一生中的想法就会减少10倍。
如果我们的大脑发展到可以说是太阳系的大小，并具有光速信号功能，那么同样数量的信息传递所需的时间将超过整个宇宙的当前年龄，没有时间让进化继续进行下去。如果大脑和我们的星系一样大，问题会变得更加严重。从它形成的那一刻起，只有大约10000条信息从我们星系的一侧传到另一侧的时间。因此，我们可以争辩说，很难想象有任何类似生命的实体，其复杂性可以与人脑相媲美，而人脑所占据的尺度比恒星还要大。如果他们存在，他们还没有足够的时间做什么都可以。
R（右）值得注意的是，环境对身体的限制也将生命限制在与智力要求大致相同的大小。最高的红杉的高度受到了它们无法向天空抽水100米以上的限制，这一限制是由地球上的重力（将水拉下）和植物木质部的蒸腾作用、水粘附力和表面张力（将其推上）共同设定的。1如果我们假设大多数可居住行星的重力和大气压力将在地球的10倍以内，那么我们将处于相同最大极限的几个数量级之内。
如果我们还假设大多数生命都会被行星、月球或小行星束缚，那么重力也会设定一个自然尺度。随着地球变得越来越大，引力越来越强，一些假设动物骨骼上的力（或任何等效的力）会增加——早在17世纪末，克里斯蒂安·惠更斯就提出了这一观点。因此，这种动物需要增加其骨骼的横截面，以承受更大的力，该力随动物大小的平方增加而增加。然而，这些健身努力最终将是自我实现的，因为体重会随着体型的增大而增加。一般来说，陆生移动生物的最大质量随重力强度的增加大致呈线性减少。相反，一个重力比地球低10倍的行星可能有10倍大的动物。
推测：荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）在1722年发表的这篇文章中推测了行星的大小可能会如何影响其表面生命的大小。谷歌图书但一颗行星的大小是有限度的，如果它太小（小于地球质量的十分之一），它就无法通过引力吸引和保持大气层。我们又一次被限制在地球上所见大小的10倍左右。
生命也需要冷却。计算机芯片设计者不断面临着去除计算产生的热量所固有的挑战。生物也有同样的问题：大型动物的体积与表面积或“皮肤”的比例很高。由于皮肤负责冷却动物，而体积是产生热量的地方，因此大型动物冷却自己的效率较低。正如马克斯·克莱伯（Max Kleiber）在20世纪30年代首次指出的那样，地球上每公斤动物的新陈代谢率与动物体重的0.25次方成比例下降。2事实上，如果加热速度不降低，大型动物就会自己做饭（最近和生动地说明作者：Aatish Batia和Robert Krulwich）。假设哺乳动物需要观察到的最低全身代谢率为每毫微克1万亿瓦特，三我们到达的最大热限制生物大小刚刚超过100万公斤，或者比蓝鲸大一些，蓝鲸是地球上有史以来创纪录的动物。
原则上，人们可以想象“生物”要大得多。如果我们利用Landauer描述最小计算能量的原理，假设一个超大质量、超懒惰、多细胞生物的能量资源只用于缓慢繁殖其细胞，我们会发现，机械支持的问题超过了热传输，成为生长的最终限制因素。然而，在这些尺度上，这种生物会做什么，或者它可能是如何进化的，就变得不清楚了。
吨他是经典的查尔斯和雷·伊姆斯短片十的幂它是近40年前制造的，但其影响深远。例如，它可以与作为科学课程标准方面的数量级估算的兴起联系在一起，并且它直接启发了诸如Google Earth等软件制图应用程序的设计。
影响十的幂向内扫掠的叙事（观众从芝加哥湖畔的野餐中向内缩进到亚核尺度）和向外扫掠的弧线（画面越来越迅速地拉开，将地球及其内容置于宇宙的大尺度中）之间惊人的对称性，使这一点更加突出。
作为有情众生，我们能够向两个方向扫视，检验宇宙大小的尺度，这难道只是幸运吗？可能不会。
格雷戈里·劳克林（Gregory Laughlin）是加州大学圣克鲁斯分校（University of California，Santa Cruz）的天文学和天体物理学教授。他是《宇宙的五个时代——在永恒的物理学中，他在oklo.org上写博客。
工具书类
1.Koch，G.W.，Sillett，S.C.，Jennings，G.M.，&Davis，S.D.树木高度限制。自然 428, 851-854 (2004).
2.Kleiber，M.体重和新陈代谢。希尔加迪亚：农业科学杂志 6, 315-353 (1932).
3.West，G.B.，Woodruff，W.H.，&Brown，J.H.从分子和线粒体到细胞和哺乳动物的代谢率的异速生长标度。美国国家科学院院刊 99，2473-2478（2002年）。
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