Η εξέλιξη μπορεί να εξηγήσει τις τιμές των θεμελιωδών σταθερών - Physics World

Οι τιμές των θεμελιωδών φυσικών σταθερών – φαινομενικά προσαρμοσμένες για την εμφάνιση της πυρηνικής ύλης και τελικά της ζωής – μπορεί να μην είχαν καθοριστεί στην αρχή του σύμπαντος αλλά αντίθετα άλλαξαν με την πάροδο του χρόνου μέσω μιας διαδικασίας παρόμοιας με τη βιολογική εξέλιξη. Αυτή είναι η υπόθεση ενός φυσικού στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος έχει δείξει ότι τα φιλικά προς τη ζωή όρια στο ιξώδες και τη διάχυση του υγρού επιβάλλουν περιορισμούς στις τιμές των σταθερών. Έχοντας ανακαλύψει ότι αυτοί οι περιορισμοί ξεπερνούν τις απαιτήσεις της αστρικής πυρηνοσύνθεσης, εικάζει ότι οι συνθήκες που απαιτούνται για την κίνηση του ρευστού μέσα και μεταξύ των ζωντανών κυττάρων θα μπορούσαν να έχουν εμφανιστεί αργότερα στην κοσμική ιστορία.

Για δεκαετίες, οι φυσικοί έχουν συζητήσει την πιθανή εξήγηση ενός εντυπωσιακού γεγονότος του σύμπαντός μας – ότι οι τιμές πολλών φυσικών σταθερών φαίνονται ακριβώς κατάλληλες για την ύπαρξη του κόσμου που βλέπουμε γύρω μας. Ο σχηματισμός αστεριών, για παράδειγμα, απαιτεί υδρογόνο και ήλιο. Αλλά αυτή η συνθήκη εξαρτάται από μια πολύ συγκεκριμένη τιμή της ισχυρής πυρηνικής δύναμης – κάθε πιο αδύναμη από αυτή που είναι στην πραγματικότητα και δεν θα υπήρχε ήλιο. αλλά κάθε ισχυρότερο και όλο το υδρογόνο θα είχε μετατραπεί (σε ήλιο).

Μερικοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι αυτή η φαινομενική τελειοποίηση παρέχει στοιχεία σχεδιασμού στο σύμπαν, ίσως ακόμη και της ύπαρξης του Θεού. Άλλοι αντίθετα έχουν υποστηρίξει την πιθανότητα μιας μυριάδας διαφορετικών συμπάντων – είτε υπάρχουν ταυτόχρονα είτε το ένα μετά το άλλο – με φυσικές συνθήκες να ποικίλλουν πολύ ελαφρώς από το ένα στο άλλο. Τότε θα υπάρχουμε αναγκαστικά σε αυτό το σύμπαν που είναι κατάλληλο για τη δημιουργία ζωής. Άλλοι πάλι ερευνητές έχουν υποθέσει ότι η τελική θεωρία των πάντων – που δεν έχει ακόμη επεξεργαστεί – θα απαιτούσε λογικά οι σταθερές να έχουν τις τιμές που έχουν.

Κοσμική εξέλιξη

Αλλά Kostya Trachenko στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου εκτιμά ότι θα μπορούσε να υπάρξει μια εναλλακτική εξήγηση. Προτείνει ότι δεν υπάρχει ανάγκη για ένα «μεγάλο σχέδιο» για το σύμπαν, αλλά ότι κάθε ένα από τα φυσικά «χαρακτηριστικά» του σύμπαντος θα μπορούσε να αναδυθεί ανεξάρτητα και να παγιωθεί, μέσω μιας σταδιακής διαδικασίας εξέλιξης – κάπως σαν τον πολλαπλασιασμό ορισμένης επιβίωσης- ενίσχυση των χαρακτηριστικών στα ζώα.

Η ώθηση αυτής της ιδέας έρχεται, όπως το θέτει ο Trachenko, όχι με την εξέταση των φυσικών σταθερών στο πλαίσιο της σωματιδιακής φυσικής ή της κοσμολογίας, αλλά με τη διερεύνηση τους στις πολύ χαμηλότερες και βιολογικά σχετικές ενέργειες της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης. Αυτή η προσέγγιση περιλαμβάνει την αναγωγή πολύπλοκων φυσικών ή βιοφυσικών διεργασιών στα απολύτως απαραίτητα και στη συνέχεια την έκφρασή τους με όρους μίας ή περισσότερων θεμελιωδών σταθερών.

Το 2020, ο Trachenko και Βαντίμ Μπράζκιν δημοσίευσε μια εργασία που καθιερώνει α καθολικό κατώτερο όριο για το ιξώδες. Όπως επεσήμανε το ζεύγος, το ιξώδες ενός ρευστού φτάνει στο ελάχιστο στη θερμοκρασία που σηματοδοτεί τη μετάβασή του από υγρό σε αέριο (στην τελευταία περίπτωση οι υψηλότερες θερμοκρασίες οδηγούν σε περισσότερες μοριακές συγκρούσεις, οι οποίες δημιουργούν μεγαλύτερη τριβή μεταξύ των στρωμάτων ρευστού). Με τη μοντελοποίηση αυτής της μετάβασης, μπόρεσαν να εκφράσουν το «κινηματικό ιξώδες» - τον λόγο του ιξώδους προς την πυκνότητα - με όρους της σταθεράς του Planck (ħ), μοριακή μάζα και μάζα ηλεκτρονίων (m_e).

Η ροή του υγρού είναι απαραίτητη

Ο Trachenko έχει τώρα εξερευνήσει τις επιπτώσεις αυτού του έργου για την ύπαρξη της ζωής. Όπως σημειώνει, η ροή του υγρού είναι απαραίτητη για πολλές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα μέσα στα κύτταρα – όπως η μοριακή μεταφορά ή η διάχυση που εμπλέκεται στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Είναι επίσης ζωτικής σημασίας σε μεγαλύτερης κλίμακας, πολυκυτταρικές διεργασίες, όπως η κυκλοφορία του αίματος.

Η ιδέα ήταν να επεξεργαστούμε τους περιορισμούς που θέτουν τέτοιες διαδικασίες στις τιμές των θεμελιωδών σταθερών. Εκτός από το κινηματικό ιξώδες, το οποίο διέπει τη παλμική ροή του αίματος και άλλα χρονικά μεταβαλλόμενα φαινόμενα, ο Trachenko εξέτασε επίσης το δυναμικό ιξώδες σταθερών σταθερών ροής και διάχυσης. Χρησιμοποιώντας την εξίσωση Navier-Stokes και άλλα στοιχεία της κλασικής δυναμικής των ρευστών, έδειξε ότι και οι τρεις παράμετροι μπορούσαν να δοθούν με όρους m_e, η μάζα πρωτονίων (m_p) Και ħ (με τη σταθερά δυναμικού ιξώδους και διάχυσης που χαρακτηρίζει επίσης το φορτίο ηλεκτρονίων, e).

Ο Trachenko διαπίστωσε ότι οι τρεις παράμετροι εξαρτώνται από τις θεμελιώδεις σταθερές με διαφορετικούς τρόπους. Ως εκ τούτου, λέει, ο συνδυασμός των περιοριστικών εκφράσεων για τη ζωή σε κάθε περίπτωση - ελάχιστα για τα δύο ιξώδη και ένα μέγιστο για τη διάχυση - δίδει ένα περιορισμένο εύρος, ή "βιολογικό παράθυρο", εντός του οποίου πρέπει να υπάρχουν οι σταθερές. Αυτό, ισχυρίζεται, είναι ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα δεδομένης της πολυπλοκότητας και της ποικιλίας των βιολογικών διεργασιών (αν και προσθέτει ότι θα χρειαστούν βιοχημικοί και βιολόγοι για να καθορίσουν τα αριθμητικά όρια των τριών παραμέτρων).

Φρεντ Άνταμς του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν στις ΗΠΑ επαινεί την «καινοφανή» προσέγγιση του Trachenko για την επιβολή περιορισμών στις θεμελιώδεις σταθερές. Αλλά προειδοποιεί ότι μπορεί να μην αποφέρει μοναδικά όρια, υποστηρίζοντας ότι η τρέχουσα βιολογική θεωρία είναι ανεπαρκής για την επεξεργασία του πλήρους εύρους των επιτρεπόμενων ιξωδών. «Αν είχαμε μια πλήρη και περιεκτική θεωρία της βιολογίας και αυτή η θεωρία έδειχνε ότι το ιξώδες σε οποιοδήποτε «ζωντανό» σύμπαν πρέπει να βρίσκεται εντός ενός συγκεκριμένου εύρους, τότε το επιχείρημα θα ήταν ισχυρό», λέει.

Σταθερά λεπτής δομής

Προχωρώντας πέρα ​​από τα ίδια τα όρια που προέρχονται από το ιξώδες, ο Trachenko εξέτασε επίσης πώς αυτά τα όρια σχετίζονται με αυτά που επιβάλλονται από την ανάγκη παραγωγής βαρέων πυρήνων μέσα στα αστέρια. Συγκεκριμένα, εξέτασε τον απαραίτητο συντονισμό μεταξύ της σταθεράς λεπτής δομής (η οποία χαρακτηρίζεται e και ħ) και η αναλογία μάζας πρωτονίου προς ηλεκτρόνιο (m_p/m_e). Συνειδητοποίησε ότι οι ταυτόχρονες αλλαγές του m_e και m_p ή του ħ και e θα μπορούσε να αφήσει σταθερές τις αστρικές παραμέτρους αλλάζοντας τις παραμέτρους του υγρού. Με άλλα λόγια, ένα σύμπαν με διαφορετικές θεμελιώδεις σταθερές θα μπορούσε κατ' αρχήν να περιέχει ακόμα βαριά στοιχεία, ενώ τα ρευστά του είναι όλα τουλάχιστον τόσο παχύρρευστα όσο η πίσσα – επομένως απαγορεύεται η ζωή.

Το πλάσμα κουάρκ-γλουονίου ρέει σαν νερό, υποδηλώνουν υπολογισμοί

Περιγράφει τον πρόσθετο συντονισμό που απαιτείται για το φιλικό προς τη ζωή ιξώδες ως «υπερβολή» στο πρώιμο σύμπαν, επισημαίνοντας ότι οι ακριβείς τιμές των σταθερών θα έπρεπε να ψηθούν τουλάχιστον πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια – πολύ πριν καν υπάρξουν κάποιες ενδείξεις πώς μπορεί να μοιάζει η ζωή. «Είναι λίγο σαν να ζητάς από έναν σεφ να πάρει τα σωστά υλικά για ένα εξαιρετικό γεύμα προτού αποφασίσεις ποιο είναι το γεύμα», λέει.

Αυτή η διορατικότητα, λέει, ήταν που τον ώθησε να σκεφτεί έναν εξελικτικό μηχανισμό. Αναγνωρίζει ότι οι λεπτομέρειες οποιουδήποτε τέτοιου μηχανισμού είναι πρόχειρες σε αυτό το στάδιο, τόσο από την άποψη του πώς θα μπορούσαν να αλλάξουν οι σταθερές όσο και από την άποψη της εξελικτικής πίεσης ώστε ορισμένες τιμές να ευνοούνται έναντι άλλων. Λέει μόνο ότι ένα συγκεκριμένο σύνολο φυσικών σταθερών θα άρχιζε να ευνοεί την εμφάνιση μιας νέας φυσικής «δομής», η οποία θα άντεχε εάν είχε ισχυρές ιδιότητες.

«Συνειδητοποιώ ότι αυτό που λέω είναι πολύ χονδροειδές, αλλά απλώς δεν γνωρίζουμε αρκετά αυτή τη στιγμή για να είμαστε πιο συγκεκριμένοι», λέει.

Η έρευνα περιγράφεται στο Προκαταβολές Επιστήμη.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• ChartPrime. Ανεβάστε το Trading Game σας με το ChartPrime. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/