Οι επιστήμονες έχουν κάνει εκπληκτικές ανακαλύψεις που θα μπορούσαν να αλλάξουν την κατανόησή μας για το σύμπαν

Έρευνα, που δημοσιεύτηκε Η επιστήμη προχωρά Το 2023, με βάση την προηγούμενη εργασία του φυσικού Kostya Trachenko και των συνεργατών του που έδειξαν ότι το ιξώδες του ρευστού συνδέεται άμεσα με τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές. Αυτό το εύρημα καθόρισε ένα χαμηλότερο όριο για το πόσο «ρέον» μπορεί να είναι ένα υγρό. Η νέα μελέτη επεκτείνει την ιδέα στη βιολογία, ρωτώντας αν οι ίδιοι φυσικοί νόμοι που διαμορφώνουν το σύμπαν καθορίζουν επίσης σιωπηλά πώς μπορούν να λειτουργήσουν τα κύτταρα.

Γιατί η ροή του υγρού είναι σημαντική για τη ζωή

Η ζωή εξαρτάται από την κίνηση σε μικροσκοπική κλίμακα. Τα θρεπτικά συστατικά πρέπει να ταξιδεύουν μέσα από τα κύτταρα, οι πρωτεΐνες πρέπει να διπλώνουν σωστά και τα μόρια πρέπει να διαχέονται συνεχώς στο υδάτινο περιβάλλον. Όλα αυτά εξαρτώνται από το ιξώδες, την ιδιότητα που καθορίζει πόσο εύκολα ρέει ένα υγρό.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, το σύμπαν φαίνεται να λειτουργεί μέσα σε ένα εκπληκτικά στενό «βιοφιλικό» παράθυρο όπου το ιξώδες και η διαστολή είναι κατάλληλα για ζωή. Εάν οι κυρίαρχες σταθερές της φυσικής μετατοπιστούν κατά ένα μόνο τοις εκατό, τα υγρά που χρειάζονται για τη βιολογία μπορεί να είναι δραματικά παχύτερα ή λεπτότερα.

“Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ρέει το νερό σε ένα φλιτζάνι μπορεί να σχετίζεται στενά με τη μεγάλη πρόκληση του προσδιορισμού των θεμελιωδών σταθερών. Οι διαδικασίες ζωής μέσα και μεταξύ των ζωντανών κυττάρων απαιτούν κίνηση και είναι το ιξώδες που καθορίζει τις ιδιότητες αυτής της κίνησης. Εάν αλλάξουν οι θεμελιώδεις σταθερές, τότε το ιξώδες θα επηρεάσει σημαντικά τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε. Για παράδειγμα, εάν το νερό στην τρέχουσα μορφή του δεν υπήρχε. θα επηρεαστεί η υγρή κατάσταση για να λειτουργήσει.”

Η ομάδα λέει ότι οι συνέπειες θα επεκταθούν πέρα ​​από το πόσιμο νερό ή τον ωκεανό. Το ανθρώπινο αίμα, τα κυτταρικά υγρά και οι χημικές ουσίες που τροφοδοτούν τη ζωή εξαρτώνται από προσεκτικά ισορροπημένα χαρακτηριστικά ροής.

“Οποιαδήποτε αλλαγή στις θεμελιώδεις σταθερές, συμπεριλαμβανομένων των αυξήσεων ή των μειώσεων, θα ήταν εξίσου κακά νέα για τη ροή και τη ζωή με βάση τα υγρά. Αναμένουμε ότι το παράθυρο θα είναι αρκετά στενό: για παράδειγμα, με λίγες μόνο αλλαγές σε θεμελιώδεις σταθερές όπως η σταθερά του Planck ή το φορτίο ηλεκτρονίων, το ιξώδες του αίματός μας θα γινόταν πολύ παχύ ή πολύ λεπτό για να λειτουργήσει το σώμα.” Ο καθηγητής Φυσικής Kostya Trachenko.

Μια νέα ανατροπή στην κοσμική τελειοποίηση

Οι φυσικοί έχουν συζητήσει εδώ και καιρό γιατί οι σταθερές του σύμπαντος φαίνονται να είναι καλά συντονισμένες. Μικρές διαφορές στις τιμές, όπως το φορτίο ηλεκτρονίων ή η θεμελιώδης ενεργειακή ισχύς, μπορούν να εμποδίσουν τα αστέρια να σχηματίσουν τα βαριά στοιχεία που είναι απαραίτητα για τους πλανήτες και τη ζωή.

Αυτό που κάνει αυτή την έρευνα ασυνήθιστη είναι ότι μετακινεί τη συζήτηση από τα αστέρια και τους γαλαξίες στο επίπεδο των ζωντανών κυττάρων. Προηγούμενα επιχειρήματα λεπτομέρειας επικεντρώνονταν συχνά σε πυρηνικές αντιδράσεις μέσα στα αστέρια. Αυτό το έργο υποστηρίζει ότι ακόμα κι αν εξακολουθούσαν να σχηματίζονται αστέρια και βαριά στοιχεία, η ζωή θα παρέμενε αδύνατη εάν τα υγρά μέσα στους οργανισμούς δεν έρεαν σωστά.

Αυτό εισάγει ένα δεύτερο επίπεδο τελειοποίησης. Οι σταθερές είναι συνεπείς όχι μόνο με ένα σύμπαν γεμάτο ύλη, αλλά και με βιολογικά συστήματα που βασίζονται σε λεπτές δυναμικές ρευστών.

Οι ερευνητές μάλιστα προτείνουν ότι συνέβησαν πολλαπλά στάδια συντονισμού. Στην εργασία, ο Trachenko συγκρίνει την πιθανότητα με τη βιολογική εξέλιξη, όπου τα χαρακτηριστικά εμφανίζονται ανεξάρτητα με την πάροδο του χρόνου. Η ιδέα παραμένει εικαστική, αλλά εγείρει την πιθανότητα η φύση να ευνοεί σταθερές φυσικές δομές με τρόπους που οι επιστήμονες δεν έχουν κατανοήσει ακόμη πλήρως.

Αργότερα έρευνα διεύρυνε την έννοια

Από την αρχική δημοσίευση, οι επιστήμονες συνέχισαν να διερευνούν πώς το ιξώδες, η διάχυση και η συμπεριφορά του υγρού συνδέονται με τη θεμελιώδη φυσική. Η θεωρητική εργασία που ακολούθησε ανασκόπησε πώς η κίνηση του ρευστού μέσα στα κύτταρα μπορεί να θέσει πρόσθετα όρια στις τιμές των φυσικών σταθερών, ιδιαίτερα σε συστήματα που περιλαμβάνουν βιοχημικές «μηχανές», όπως μοριακούς κινητήρες.

Άλλοι ερευνητές έχουν επίσης εξετάσει πώς το ίδιο το ιξώδες μπορεί να προκύψει από βαθύτερους φυσικούς νόμους. Μια ανάλυση του 2023 ανέδειξε αυξανόμενα στοιχεία ότι το ιξώδες του ρευστού μπορεί να σχετίζεται με καθολικά φυσικά όρια αντί να είναι απλώς μια ιδιότητα που μετράται στο εργαστήριο.

Μαζί, αυτές οι μελέτες βοηθούν στην αποκάλυψη ενός πανάρχαιου επιστημονικού μυστηρίου. Αντί να βλέπουν τις σταθερές της φύσης μόνο μέσω του φακού της κοσμολογίας και της σωματιδιακής φυσικής, οι επιστήμονες ρωτούν όλο και περισσότερο εάν οι συνθήκες που είναι απαραίτητες για τα ρέοντα υγρά και τα λειτουργικά κύτταρα θα πρέπει επίσης να αποτελούν μέρος της εξίσωσης.

Θα μπορούσαν η φυσική και η βιολογία να συνδέονται περισσότερο από όσο πιστεύαμε;

Η ιδέα παραμένει εξαιρετικά θεωρητική και πολλοί φυσικοί θα προειδοποιούσαν ότι δεν υπάρχει ακόμα αποδεκτή εξήγηση για το γιατί οι σταθερές της φύσης έχουν τις παρατηρούμενες τιμές τους. Αλλά η έρευνα ανοίγει μια απροσδόκητη λεωφόρο για να σκεφτούμε ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της επιστήμης.

Για δεκαετίες, το μυστήριο των θεμελιωδών σταθερών εξερευνήθηκε κυρίως μέσω μαύρων τρυπών, αστεριών και υποατομικών σωματιδίων. Αυτή η εργασία υποδηλώνει ότι η απάντηση μπορεί να περιλαμβάνει κάτι πολύ πιο κοντά στην καθημερινή ζωή: την απλή ικανότητα των υγρών να ρέουν μέσα από τα ζωντανά κύτταρα.