Fizycy odkrywają, że wszechświat może być dostrojony, między innymi, do tego, aby twoja krew nie zamieniła się w smołę

Naukowcy z Queen Mary University of London przedstawili uderzającą koncepcję, która łączy najgłębsze prawa fizyki z istnieniem samego życia. Ich praca sugeruje, że fundamentalne stałe wszechświata mieszczą się w niezwykle wąskim zakresie, który pozwala cieczom płynąć w sposób, od którego zależą żywe komórki. Gdyby te stałe były choćby nieco inne, woda, krew i inne płyny podtrzymujące życie mogłyby zachowywać się tak odmiennie, że złożone organizmy mogłyby nigdy nie powstać.

Badanie opublikowane w 2023 roku w „Science Advances” opiera się na wcześniejszych pracach fizyka Kostyi Trachenko i jego współpracowników, które wykazały, że lepkość cieczy jest bezpośrednio powiązana z podstawowymi stałymi fizycznymi. To odkrycie ustaliło dolną granicę tego, jak „rzadkie” mogą być ciecze. Nowsze badania rozszerzyły tę koncepcję na biologię, zadając pytanie, czy te same fizyczne reguły kształtujące kosmos mogą również po cichu decydować o tym, czy komórki mogą funkcjonować.

Życie zależy od ruchu w mikroskopijnych skalach. Składniki odżywcze muszą przemieszczać się przez komórki, białka muszą się odpowiednio fałdować, a cząsteczki stale dyfundują przez wodniste środowisko. Wszystko to opiera się na lepkości, właściwości określającej, jak łatwo ciecz płynie.

Według naukowców wszechświat wydaje się działać w zaskakująco wąskim „przyjaznym dla życia” oknie, w którym lepkość i dyfuzja pozostają odpowiednie dla życia. Gdyby stałe rządzące fizyką przesunęły się zaledwie o kilka procent, ciecze niezbędne dla biologii mogłyby stać się dramatycznie gęstsze lub rzadsze.

„Zrozumienie, jak woda płynie w kubku, okazuje się ściśle związane z wielkim wyzwaniem, jakim jest poznanie stałych fundamentalnych” – powiedział profesor fizyki Kostya Trachenko. „Procesy życiowe w komórkach i między nimi wymagają ruchu, a to lepkość określa właściwości tego ruchu. Jeśli zmienią się stałe fundamentalne, zmieni się również lepkość, co wpłynie na życie, jakie znamy. Na przykład, gdyby woda była tak lepka jak smoła, życie w obecnej formie nie istniałoby lub w ogóle by nie powstało. Dotyczy to nie tylko wody, więc wszystkie formy życia wykorzystujące stan ciekły do funkcjonowania byłyby dotknięte.”

Zespół twierdzi, że konsekwencje wykraczałyby daleko poza wodę pitną czy oceany. Ludzka krew, płyny komórkowe i chemia napędzająca życie – wszystko to opiera się na starannie zrównoważonych właściwościach przepływu.

„Każda zmiana stałych fundamentalnych, zarówno wzrost, jak i spadek, byłaby równie złą wiadomością dla przepływu i dla życia opartego na cieczach” – dodał Trachenko. „Spodziewamy się, że okno jest dość wąskie: na przykład lepkość naszej krwi stałaby się zbyt gęsta lub zbyt rzadka dla funkcjonowania organizmu przy zaledwie kilkuprocentowej zmianie niektórych stałych fundamentalnych, takich jak stała Plancka czy ładunek elektronu.”

Fizycy od dawna debatują, dlaczego stałe wszechświata wydają się tak precyzyjnie dostrojone. Niewielkie różnice w wartościach, takich jak ładunek elektronu czy siła oddziaływań fundamentalnych, mogłyby uniemożliwić gwiazdom tworzenie ciężkich pierwiastków potrzebnych planetom i życiu.

To, co czyni te badania niezwykłymi, to fakt, że przenoszą dyskusję z gwiazd i galaktyk na poziom żywych komórek. Poprzednie argumenty o dostrojeniu często skupiały się na reakcjach jądrowych wewnątrz gwiazd. Ta praca dowodzi, że nawet gdyby gwiazdy i ciężkie pierwiastki wciąż powstawały, życie mogłoby pozostać niemożliwe, gdyby ciecze nie mogły prawidłowo płynąć wewnątrz organizmów.

Wprowadza to drugą warstwę dostrojenia. Stałe wydają się nie tylko zgodne z wszechświatem pełnym materii, ale także z systemami biologicznymi, które zależą od delikatnej dynamiki cieczy.

Naukowcy sugerują nawet, że mogło dojść do wieloetapowego dostrojenia. W artykule Trachenko porównuje tę możliwość do ewolucji biologicznej, gdzie cechy pojawiają się niezależnie w czasie. Pomysł pozostaje spekulatywny, ale rodzi możliwość, że natura może faworyzować stabilne struktury fizyczne w sposób, którego naukowcy jeszcze w pełni nie rozumieją.

Od czasu pierwotnej publikacji naukowcy kontynuują badania nad tym, jak lepkość, dyfuzja i zachowanie płynów łączą się z fizyką fundamentalną.