Des chercheurs de l'Université Queen Mary de Londres ont proposé une idée frappante qui relie les lois les plus profondes de la physique à l'existence même de la vie. Leurs travaux suggèrent que les constantes fondamentales de l'Univers se situent dans une fourchette extrêmement étroite qui permet aux liquides de s'écouler d'une manière dont les cellules vivantes dépendent. Si ces constantes étaient légèrement différentes, l'eau, le sang et d'autres fluides essentiels à la vie pourraient se comporter si différemment que les organismes complexes n'auraient peut-être jamais émergé.

L'étude, publiée dans Science Advances en 2023, s'appuie sur des travaux antérieurs du physicien Kostya Trachenko et de ses collègues montrant que la viscosité des liquides est directement liée aux constantes physiques fondamentales. Cette découverte a établi une limite inférieure à la fluidité des liquides. Les nouvelles recherches ont étendu l'idée à la biologie, en se demandant si les mêmes règles physiques qui façonnent le cosmos pourraient également déterminer en toute discrétion si les cellules peuvent fonctionner.

La vie dépend de mouvements à des échelles microscopiques. Les nutriments doivent voyager à travers les cellules, les protéines doivent se replier correctement, et les molécules diffusent constamment dans des environnements aqueux. Tout cela repose sur la viscosité, la propriété qui détermine la facilité avec laquelle un liquide s'écoule.

Selon les chercheurs, l'Univers semble fonctionner dans une fenêtre « bio-compatible » étonnamment étroite où la viscosité et la diffusion restent adaptées à la vie. Si les constantes qui régissent la physique ne variaient que de quelques pour cent, les liquides essentiels à la biologie pourraient devenir considérablement plus épais ou plus fluides.

« Comprendre comment l'eau s'écoule dans une tasse s'avère étroitement lié au grand défi de comprendre les constantes fondamentales », a déclaré le professeur de physique Kostya Trachenko. « Les processus de vie à l'intérieur et entre les cellules vivantes nécessitent du mouvement, et c'est la viscosité qui définit les propriétés de ce mouvement. Si les constantes fondamentales changent, la viscosité changerait aussi, impactant la vie telle que nous la connaissons. Par exemple, si l'eau était aussi visqueuse que du goudron, la vie n'existerait pas sous sa forme actuelle, ou n'existerait pas du tout. Cela s'applique au-delà de l'eau, donc toutes les formes de vie utilisant l'état liquide pour fonctionner seraient affectées. »

L'équipe affirme que les conséquences s'étendraient bien au-delà de l'eau potable ou des océans. Le sang humain, les fluides cellulaires et la chimie qui alimente la vie reposent tous sur des propriétés d'écoulement soigneusement équilibrées.

« Tout changement dans les constantes fondamentales, qu'il s'agisse d'une augmentation ou d'une diminution, serait également une mauvaise nouvelle pour l'écoulement et pour la vie basée sur les liquides », a ajouté Trachenko. « Nous nous attendons à ce que la fenêtre soit assez étroite : par exemple, la viscosité de notre sang deviendrait trop épaisse ou trop fluide pour le fonctionnement du corps avec seulement quelques pour cent de changement de certaines constantes fondamentales comme la constante de Planck ou la charge de l'électron. »

Les physiciens débattent depuis longtemps de la raison pour laquelle les constantes de l'Univers semblent finement réglées. De minuscules différences dans des valeurs telles que la charge de l'électron ou la force des forces fondamentales pourraient empêcher les étoiles de former les éléments lourds nécessaires aux planètes et à la vie.

Ce qui rend cette recherche inhabituelle, c'est qu'elle déplace la discussion des étoiles et des galaxies vers le niveau des cellules vivantes. Les arguments précédents sur le réglage fin se concentraient souvent sur les réactions nucléaires à l'intérieur des étoiles. Ces travaux soutiennent que même si les étoiles et les éléments lourds se formaient encore, la vie pourrait rester impossible si les liquides ne pouvaient pas s'écouler correctement à l'intérieur des organismes.

Cela introduit une deuxième couche de réglage fin. Les constantes ne semblent pas seulement compatibles avec un univers rempli de matière, mais aussi avec des systèmes biologiques qui dépendent de dynamiques liquides délicates.

Les chercheurs suggèrent même que plusieurs étapes de réglage ont pu se produire. Dans l'article, Trachenko compare cette possibilité à l'évolution biologique, où les traits émergent indépendamment au fil du temps. L'idée reste spéculative, mais elle soulève la possibilité que la nature puisse favoriser des structures physiques stables d'une manière que les scientifiques ne comprennent pas encore complètement.

Depuis la publication originale, les scientifiques ont continué à explorer comment la viscosité, la diffusion et le comportement des fluides sont liés à la physique fondamentale.