Исследователи из Лондонского университета королевы Марии выдвинули поразительную идею, связывающую глубочайшие законы физики с самим существованием жизни. Их работа предполагает, что фундаментальные константы Вселенной находятся в чрезвычайно узком диапазоне, который позволяет жидкостям течь так, как это необходимо живым клеткам. Если бы эти константы были хоть немного другими, вода, кровь и другие поддерживающие жизнь жидкости могли бы вести себя настолько иначе, что сложные организмы могли бы никогда не появиться.

Исследование, опубликованное в Science Advances в 2023 году, развивает более раннюю работу физика Кости Траченко и его коллег, показавшую, что вязкость жидкости напрямую связана с фундаментальными физическими константами. Это открытие установило нижний предел того, насколько «текучими» могут быть жидкости. Новое исследование расширило эту идею на биологию, задавшись вопросом, не определяют ли те же физические правила, которые формируют космос, и то, могут ли клетки функционировать.

Жизнь зависит от движения на микроскопических уровнях. Питательные вещества должны перемещаться через клетки, белки должны правильно сворачиваться, а молекулы постоянно диффундируют через водную среду. Всё это зависит от вязкости — свойства, определяющего, насколько легко течёт жидкость.

По мнению исследователей, Вселенная, по-видимому, работает в удивительно узком «биодружественном» окне, где вязкость и диффузия остаются подходящими для жизни. Если бы константы, управляющие физикой, изменились всего на несколько процентов, жидкости, необходимые для биологии, могли бы стать значительно более густыми или более жидкими.

«Понимание того, как вода течёт в чашке, оказывается тесно связанным с грандиозной задачей выяснения фундаментальных констант», — сказал профессор физики Костя Траченко. «Жизненные процессы внутри и между живыми клетками требуют движения, и именно вязкость задаёт свойства этого движения. Если фундаментальные константы изменятся, вязкость тоже изменится, что повлияет на жизнь, как мы её знаем. Например, если бы вода была такой же вязкой, как дёготь, жизнь не существовала бы в её нынешней форме или не существовала бы вообще. Это применимо не только к воде, так что все формы жизни, использующие жидкое состояние для функционирования, будут затронуты».

Команда утверждает, что последствия выходят далеко за пределы питьевой воды или океанов. Человеческая кровь, клеточные жидкости и химия, питающая жизнь, — всё это зависит от тщательно сбалансированных свойств потока.

«Любое изменение фундаментальных констант, включая увеличение или уменьшение, будет одинаково плохой новостью для потока и для жизни на основе жидкостей», — добавил Траченко. «Мы ожидаем, что окно будет довольно узким: например, вязкость нашей крови стала бы слишком густой или слишком жидкой для функционирования организма при изменении всего на несколько процентов некоторых фундаментальных констант, таких как постоянная Планка или заряд электрона».

Физики давно спорят о том, почему константы Вселенной кажутся точно настроенными. Небольшие различия в значениях, таких как заряд электрона или сила фундаментальных сил, могли бы помешать звёздам формировать тяжёлые элементы, необходимые для планет и жизни.

Что делает это исследование необычным, так это то, что оно переносит обсуждение со звёзд и галактик на уровень живых клеток. Предыдущие аргументы о тонкой настройке часто фокусировались на ядерных реакциях внутри звёзд. Эта работа утверждает, что даже если бы звёзды и тяжёлые элементы всё ещё формировались, жизнь могла бы остаться невозможной, если бы жидкости не могли правильно течь внутри организмов.

Это вводит второй уровень тонкой настройки. Константы, по-видимому, совместимы не только со Вселенной, полной материи, но и с биологическими системами, которые зависят от тонкой динамики жидкостей.

Исследователи даже предполагают, что могло произойти несколько этапов настройки. В статье Траченко сравнивает эту возможность с биологической эволюцией, где признаки возникают независимо со временем. Идея остаётся спекулятивной, но она поднимает возможность того, что природа может благоприятствовать стабильным физическим структурам способами, которые учёные пока не полностью понимают.

С момента первоначальной публикации учёные продолжают исследовать, как вязкость, диффузия и поведение жидкостей связаны с фундаментальной физикой.