Ученые обнаружили, что фундаментальные физические константы Вселенной могут быть тонко сбалансированы, что делает возможной жизнь. Даже мельчайшие изменения этих констант могут сделать жидкости слишком густыми или слишком жидкими для важных биологических процессов, потенциально предотвращая существование жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Удивительно, но эти благоприятные для жизни условия существовали за миллиарды лет до появления живых клеток. Эти открытия поднимают интригующие вопросы о том, почему законы физики кажутся настолько хорошо подходящими для жизни.
Ученые обнаружили удивительную связь между фундаментальными законами физики и способностью жизни существовать. Их открытия показывают, что даже относительно небольшие изменения некоторых из самых основных физических констант Вселенной могут кардинально изменить течение жидкостей, потенциально препятствуя протеканию важных биологических процессов.
Открытие, подробно описанное в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances , было сделано физиком Кости Траченко из Лондонского университета королевы Марии. Его теоретический анализ выявил дополнительное ограничение на значения фундаментальных физических констант: они должны позволять жидкостям двигаться таким образом, чтобы поддерживать жизнь внутри клеток и между ними.
В работе поднимается глубокий вопрос о Вселенной. Почему фундаментальные законы природы имеют значения, которые, по-видимому, так хорошо соответствуют существованию жизни?
Фундаментальные константы, формирующие нашу Вселенную
Фундаментальные физические константы - это числа, определяющие функционирование Вселенной. Примерами являются масса и электрический заряд электрона, а также постоянная Планка, играющая центральную роль в квантовой механике - разделе физики, описывающем материю и энергию в чрезвычайно малых масштабах.
Эти величины, как правило, считаются универсальными и неизменными во времени. Их значения влияют на всё: от поведения атомов и химических связей до ядерных реакций, которые питают звёзды и производят элементы, необходимые для жизни.
Несмотря на их важность, ученые до сих пор не знают, почему эти константы имеют именно те значения, которые мы наблюдаем.
Важная подсказка появилась в 2020 году , когда Траченко и его коллеги продемонстрировали, что фундаментальные физические константы устанавливают нижний предел вязкости жидкостей.
Вязкость описывает, насколько сильно жидкость сопротивляется течению. Вода имеет относительно низкую вязкость и легко течет, в то время как мед и смола гораздо более вязкие и движутся медленно. Исследователи показали, что существует фундаментальный предел свободы течения жидкости, и этот предел в конечном итоге связан с основными константами природы.
В исследовании 2023 года эта связь была рассмотрена гораздо глубже, поскольку изучались ее последствия для биологии.
Почему незначительные изменения в физике могут сделать жизнь невозможной
Каждая живая клетка зависит от движения молекул. Питательные вещества должны достигать мест, где они необходимы, продукты жизнедеятельности должны удаляться, и в жидкой среде должны происходить бесчисленные химические реакции.
Ещё одним важным процессом является диффузия - естественное распространение частиц в жидкости. Диффузия помогает молекулам перемещаться внутри клеток и обеспечивает многие химические взаимодействия, необходимые для жизни.
Если вязкость этих жидкостей изменится слишком сильно, эти процессы могут быть серьезно нарушены. Слишком густые жидкости могут препятствовать эффективному перемещению жизненно важных веществ, в то время как чрезмерно низкая вязкость может также мешать контролируемому потоку, необходимому для биологических функций.
Траченко объяснил эту удивительную связь:
«Понимание того, как вода течет в чашке, оказывается тесно связано с грандиозной задачей определения фундаментальных констант. Жизненные процессы внутри и между живыми клетками требуют движения, и именно вязкость определяет свойства этого движения. Если фундаментальные константы изменятся, изменится и вязкость, что повлияет на жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Например, если бы вода была такой же вязкой, как смола, жизнь в ее нынешнем виде не существовала бы или не существовала бы вообще. Это относится не только к воде, поэтому все формы жизни, использующие жидкое состояние для функционирования, будут затронуты».
Последствия выходят за рамки воды. Хотя вся известная жизнь зависит от воды, гипотетические организмы в других уголках Вселенной могут зависеть от других жидкостей. Те же самые фундаментальные физические ограничения будут по-прежнему влиять на поведение этих жидкостей.
