Представете си вселена, в която звездите все още светят, планетите продължават да се образуват и има вода, но течностите са толкова гъсти, че живите клетки едва могат да функционират. Дори при наличието на необходимите химични съставки за живот, условията биха могли да направят съществуването на живи организми невъзможно.

Учени разкриха забележителна връзка между фундаменталните закони на физиката и възможността за съществуване на живот. Резултатите им показват, че дори сравнително малки промени в някои от най-основните физични константи на вселената биха могли драстично да променят начина, по който течностите се движат, и потенциално да възпрепятстват протичането на жизненоважни биологични процеси.

Това откритие, описано подробно в проучване, публикувано в сп. Science Advances, е дело на физика Костя Траченко от Лондонския университет „Куин Мери“. Неговият теоретичен анализ разкрива допълнително ограничение за стойностите на фундаменталните физични константи: те трябва да позволяват на течностите да се движат по начин, който поддържа живота както вътре в клетките, така и в пространството между тях.

Тази работа повдига един дълбок въпрос за вселената: защо фундаменталните закони на природата имат стойности, които изглеждат толкова добре пригодени за съществуването на живот?

Фундаменталните физични константи са величини, които определят начина, по който функционира Вселената. Примери за тях са масата и електрическият заряд на електрона, както и константата на Планк – величина, играеща ключова роля в квантовата механика (разделът от физиката, описващ материята и енергията в изключително малки мащаби).

Тези величини обикновено се считат за универсални и неизменни във времето. Техните стойности влияят на всичко – от поведението на атомите и химичните връзки до ядрените реакции, които захранват звездите и създават елементите, необходими за живота. Въпреки тяхната значимост, учените все още не знаят защо тези константи имат точно определените стойности, които наблюдаваме.

Важна следа се появи през 2020 г., когато Траченко и колегите му доказаха, че фундаменталните физични константи определят долна граница за вискозитета на течностите. Вискозитетът описва степента на съпротивление на флуида срещу протичане. Водата има сравнително нисък вискозитет и се излива лесно, докато медта и катранът са много по-вискозни и се движат бавно. Изследователите показаха, че съществува фундаментална граница за това колко свободно може да тече един флуид, като тази граница е пряко свързана с основните константи на природата.

Проучването от 2023 г. задълбочи значително това изследване, като разгледа последиците от тази връзка за биологията.

Всяка жива клетка зависи от движението на молекулите. Хранителните вещества трябва да достигнат до местата, където са необходими, отпадъчните продукти трябва да бъдат транспортирани и безброй химични реакции трябва да се появят в течна среда. Друг важен процес е дифузията, естественото разпространение на частици през течност. Дифузията помага на молекулите да се движат около клетките и позволява много от химическите взаимодействия, необходими за живота.

Ако вискозитетът на тези течности се промени твърде много, тези процеси могат да бъдат сериозно нарушени. Течностите, които са твърде гъсти, може да попречат на жизненоважни материали да се движат ефективно, докато прекалено ниският вискозитет може също да попречи на контролирания поток, необходим за биологичните функции.

Последиците надхвърлят въпроса за водата. Макар че целият познат живот зависи от водата, хипотетични организми другаде във Вселената биха могли да разчитат на други течности. Въпреки това, същите фундаментални физични ограничения биха определяли начина, по който се държат тези течности. Траченко изказа предположението, че диапазонът от стойности на константите, съвместими с клетъчния живот, може да бъде изненадващо тесен.

„Всяка промяна във фундаменталните константи – било то увеличение или намаление – би имала еднакво неблагоприятни последици както за протичането на течностите, така и за живота, основан на тях. Очакваме този диапазон да бъде доста тесен: например, вискозитетът на кръвта ни би станал твърде висок или твърде нисък за нормалното функциониране на организма дори при промяна от едва няколко процента в някои фундаментални константи, като константата на Планк или заряда на електрона.“

Тези прогнози се основават на теоретични модели, а не на експерименти, при които учените реално са променяли фундаментални константи. Точните граници, които различните форми на живот биха могли да понесат, остават неясни. Особено интригуващото в тези резултати е, че същите фундаментални константи, които влияят върху протичането на течностите, определят и ядрените реакции, отговорни за образуването на тежки елементи в звездите.

Много преди появата на първите живи клетки, звездите вече са произвеждали елементи като въглерод и кислород, които впоследствие ще се превърнат в съществени съставки на живите организми.

Физиците отдавна изследват въпроса дали константите, управляващи тези ядрени процеси, трябва да попадат в определени граници, за да бъде възможно съществуването на сложна материя. Възможността за създаване на химичните съставки на живота обаче не гарантира непременно, че животът може да функционира.

Анализът на Траченко показва, че някои физични свойства, определящи поведението на течностите, биха могли да се променят, без това да наруши съчетанията от константи, необходими за образуването на тежки ядра в звездите. С други думи, в една хипотетична вселена биха могли да се образуват необходимите за живота елементи, но същевременно течностите да бъдат толкова вискозни, че клетъчните процеси да не могат да протичат.

Това означава, че условията, необходими за поддържане на живота, може да включват нещо повече от способността за формиране на звезди, планети и сложни химични съединения. Физичните свойства на течностите биха могли да наложат допълнителни изисквания към фундаменталните константи на вселената.

Снимка: Unsplash

Виж още: Ето защо вече определят пълното слънчево затъмнение през 2027 г. като затъмнението на века