Изследователи от Лондонския университет „Куин Мери“ изказаха удивителна идея, свързваща фундаменталните закони на физиката със самото съществуване на живота. Според тях фундаменталните константи на Вселената се намират в изключително тесен диапазон, който позволява на течностите да текат по начин, от който зависят живите клетки.
Ако тези константи бяха дори малко по-различни, водата, кръвта и другите поддържащи живота течности биха се държали толкова различно, че сложните организми може би никога не биха се появили.Изследване, публикувано в списание Science Advances през 2023 година развива по-ранна работа на физика Костя Траченко и неговите колеги, която показва, че вискозитетът на течностите е пряко свързан с фундаменталните физични константи. Това откритие установи долната граница на това колко „течни“ могат да бъдат течностите. Ново проучване разшири тази идея към биологията, задавайки въпроса дали същите физични правила, които оформят космоса определят и това дали клетките могат да функционират.
Защо движението на течностите е важно за животаЖивотът зависи от движението на микроскопично ниво. Хранителните вещества трябва да се придвижват през клетките, протеините трябва да се „сгъват“ правилно, а молекулите постоянно се разпространяват във водната среда. Всичко това зависи от вискозитета – свойството, което определя колко лесно тече една течност.
Според изследователите, Вселената функционира в удивително тесен „благоприятен за живота“ прозорец, където вискозитетът и дифузията остават подходящи за живот. Ако физичните константи се променят само с няколко процента, жизненоважните за биологията течности биха могли да станат значително по-гъсти или по-течни.
На изображението се вижда как фундаменталните природни константи определят фундаменталната долна граница на вискозитета на течностите
„Разбирането на това как вода тече в чаша се оказва тясно свързано с глобалната задача за определяне на фундаменталните константи. Жизнените процеси в живите клетки и между тях изискват движение, и именно вискозитетът определя свойствата на това движение. Ако фундаменталните константи се променят, вискозитетът също ще се промени, което ще повлияе на живота в такава форма, каквато го познаваме. Например, ако водата беше толкова гъста, колкото смолата, животът нямаше да съществува в сегашната си форма или изобщо нямаше да съществува. Това важи не само за водата, затова всички форми на живот, които използват течно състояние за функционирането си, биха били засегнати.“
Екипът твърди, че последствията се простират далеч отвъд питейната вода или океаните. Човешката кръв, клетъчните течности и химията, поддържаща живота – всичко това зависи от внимателно балансираните свойства на теченията.
„Всяка промяна на фундаменталните константи, включително тяхното увеличаване или намаляване, би била еднакво лоша новина за теченията и за живота, основан на течности. Очакваме този диапазон да бъде доста тесен: например, вискозитетът на кръвта ни би станал твърде гъст или твърде течен за функционирането на организма при промяна само с няколко процента на някои фундаментални константи, като константата на Планк или заряда на електрона.“
заяви професорът по физика Костя Траченко Нов поглед върху космическата фина настройкаФизиците отдавна спорят защо константите на Вселената изглеждат точно настроени. Незначителни разлики в стойности като заряда на електрона или силата на фундаменталните взаимодействия биха могли да попречат на звездите да образуват тежки елементи, необходими за планетите и живота.
Това, което прави това изследване необичайно е, че то пренася дискусията от звездите и галактиките на нивото на живите клетки. Предишните аргументи за фината настройка често се фокусираха върху ядрените реакции вътре в звездите. Тази работа твърди, че дори ако звездите и тежките елементи все още се образуваха, животът би останал невъзможен, ако течностите не можеха да текат правилно вътре в организмите.
Това въвежда второ ниво на фина настройка. Изглежда, че константите са съвместими не само с Вселената, пълна с материя, но и с биологичните системи, които зависят от фината динамика на течностите. Изследователите дори предполагат, че може да са настъпили няколко етапа на настройка. В статията си Траченко сравнява тази възможност с биологичната еволюция, където характеристиките възникват независимо с течение на времето. Тази идея остава хипотетична, но повдига въпроса, че природата може да благоприятства стабилни физически структури по начини, които учените все още не разбират напълно.
По-късни изследвания развиха тази идеяОт момента на първата публикация учените продължиха да изследват как вискозитетът, дифузията и поведението на течностите са свързани с фундаменталната физика. Последващите теоретични работи разгледаха как движението на течността вътре в клетките може да наложи допълнителни ограничения върху стойностите на физичните константи, особено в системи, включващи биохимични „машини“, като молекулярни двигатели.
Други изследователи също проучваха как самият вискозитет може да възникне от по-дълбоки физични закони. Анализ от 2023 година подчерта нарастващото количество доказателства, че вискозитетът на течността може да е свързан с универсални физични граници, а не просто да е свойство, измервано в лаборатории.
Заедно тези изследвания помагат да се преосмисли една стара научна загадка. Вместо да разглеждат природните константи само през призмата на космологията и физиката на елементарните частици, учените все по-често си задават въпроса дали условията, необходими за течащите течности и функциониращите клетки, също трябва да бъдат част от уравнението.
Може ли физиката и биологията да са по-свързани, отколкото сме мислили?Тази идея остава в най-висока степен теоретична и много физици биха предупредили, че досега няма общоприето обяснение защо природните константи имат своите наблюдавани стойности. Но това изследване отваря неочакван път за размисъл върху един от най-големите въпроси на науката.
В продължение на десетилетия загадката за фундаменталните константи се изследваше предимно чрез черни дупки, звезди и субатомни частици. Това проучване предполага, че отговорът може да включва и нещо, което е много по-близко до ежедневието: обикновената способност на течностите да протичат през живите клетки.