Physiker entdecken, dass das Universum fein abgestimmt sein könnte – unter anderem dafür, dass Ihr Blut nicht zu Teer wird

Forscher der Queen Mary University of London haben eine verblüffende Idee vorgeschlagen, die die tiefsten Gesetze der Physik mit der Existenz des Lebens selbst verbindet. Ihre Arbeit deutet darauf hin, dass die fundamentalen Konstanten des Universums in einem extrem engen Bereich liegen, der es Flüssigkeiten ermöglicht, auf eine Weise zu fließen, die für lebende Zellen essenziell ist. Wären diese Konstanten nur geringfügig anders, könnten sich Wasser, Blut und andere lebensnotwendige Flüssigkeiten so drastisch anders verhalten, dass komplexe Organismen vielleicht nie entstanden wären.

Die 2023 in Science Advances veröffentlichte Studie baut auf früheren Arbeiten des Physikers Kostya Trachenko und seiner Kollegen auf, die zeigten, dass die Viskosität von Flüssigkeiten direkt mit fundamentalen physikalischen Konstanten zusammenhängt. Diese Erkenntnis legte eine Untergrenze dafür fest, wie „flüssig“ Flüssigkeiten sein können. Die neuere Forschung erweiterte die Idee auf die Biologie und fragte, ob dieselben physikalischen Regeln, die den Kosmos formen, auch still und leise darüber bestimmen, ob Zellen funktionieren können.

Leben hängt von Bewegung auf mikroskopischer Ebene ab. Nährstoffe müssen durch Zellen reisen, Proteine müssen sich richtig falten, und Moleküle diffundieren ständig durch wässrige Umgebungen. All dies beruht auf der Viskosität, der Eigenschaft, die bestimmt, wie leicht eine Flüssigkeit fließt.

Laut den Forschern scheint das Universum innerhalb eines überraschend engen „biofreundlichen“ Fensters zu operieren, in dem Viskosität und Diffusion für das Leben geeignet bleiben. Wenn sich die die Physik bestimmenden Konstanten nur um wenige Prozent verschieben würden, könnten für die Biologie wesentliche Flüssigkeiten dramatisch zähflüssiger oder dünnflüssiger werden.

„Zu verstehen, wie Wasser in einer Tasse fließt, erweist sich als eng verbunden mit der großen Herausforderung, fundamentale Konstanten zu ergründen“, sagte Professor für Physik Kostya Trachenko. „Lebensprozesse in und zwischen lebenden Zellen erfordern Bewegung, und die Viskosität bestimmt die Eigenschaften dieser Bewegung. Wenn sich fundamentale Konstanten ändern, würde sich auch die Viskosität ändern, was das Leben, wie wir es kennen, beeinträchtigen würde. Wenn Wasser zum Beispiel so zäh wie Teer wäre, gäbe es Leben in seiner jetzigen Form nicht oder gar nicht. Dies gilt über Wasser hinaus, sodass alle Lebensformen, die den flüssigen Zustand nutzen, betroffen wären.“

Das Team sagt, die Konsequenzen würden weit über Trinkwasser oder Ozeane hinausgehen. Menschliches Blut, Zellflüssigkeiten und die Chemie, die das Leben antreibt, sind alle auf sorgfältig ausbalancierte Fließeigenschaften angewiesen.

„Jede Änderung fundamentaler Konstanten, ob Zunahme oder Abnahme, wäre gleichermaßen schlechte Nachrichten für den Fluss und für flüssigkeitsbasiertes Leben“, fügte Trachenko hinzu. „Wir erwarten, dass das Fenster ziemlich eng ist: Zum Beispiel würde die Viskosität unseres Blutes zu dick oder zu dünn für die Körperfunktion werden, wenn sich einige fundamentale Konstanten wie die Planck-Konstante oder die Elektronenladung nur um wenige Prozent ändern.“

Physiker diskutieren seit langem, warum die Konstanten des Universums fein abgestimmt erscheinen. Winzige Unterschiede in Werten wie der Elektronenladung oder der Stärke fundamentaler Kräfte könnten verhindern, dass Sterne die für Planeten und Leben benötigten schweren Elemente bilden.

Was diese Forschung ungewöhnlich macht, ist, dass sie die Diskussion von Sternen und Galaxien auf die Ebene lebender Zellen verlagert. Frühere Argumente zur Feinabstimmung konzentrierten sich oft auf Kernreaktionen in Sternen. Diese Arbeit argumentiert, dass selbst wenn Sterne und schwere Elemente noch entstünden, Leben möglicherweise unmöglich bliebe, wenn Flüssigkeiten in Organismen nicht richtig fließen könnten.

Das führt eine zweite Ebene der Feinabstimmung ein. Die Konstanten scheinen nicht nur mit einem Universum voller Materie kompatibel zu sein, sondern auch mit biologischen Systemen, die von empfindlicher Flüssigkeitsdynamik abhängen.

Die Forscher vermuten sogar, dass mehrere Stufen der Abstimmung stattgefunden haben könnten. In der Arbeit vergleicht Trachenko die Möglichkeit mit biologischer Evolution, bei der Merkmale unabhängig voneinander im Laufe der Zeit entstehen. Die Idee bleibt spekulativ, wirft aber die Möglichkeit auf, dass die Natur stabile physikalische Strukturen auf eine Weise bevorzugen könnte, die Wissenschaftler noch nicht vollständig verstehen.

Seit der ursprünglichen Veröffentlichung haben Wissenschaftler weiter erforscht, wie Viskosität, Diffusion und Flüssigkeitsverhalten mit fundamentaler Physik zusammenhängen.