Evolutsioon võib selgitada põhikonstantide väärtusi – füüsikamaailm

Põhiliste füüsikaliste konstantide väärtused – näiliselt peenhäälestatud tuumaaine ja lõpuks elu tekkeks – ei pruugi olla universumi alguses fikseeritud, vaid muutusid aja jooksul bioloogilise evolutsiooniga sarnase protsessi kaudu. See on Ühendkuningriigi füüsiku hüpotees, kes on näidanud, et vedeliku viskoossuse ja difusiooni elusõbralikud piirid seavad konstantide väärtustele piiranguid. Olles leidnud, et need piirangud ületavad tähtede nukleosünteesi nõudeid, oletab ta, et tingimused, mis on vajalikud vedeliku liikumiseks elusrakkudes ja nende vahel, võisid tekkida hiljem kosmilises ajaloos.

Füüsikud on aastakümneid vaielnud meie universumi hämmastava tõsiasja võimaliku seletuse üle – paljude füüsikaliste konstantide väärtused tunduvad meie ümber oleva maailma jaoks täpselt sobivad. Näiteks tähtede tekkeks on vaja nii vesinikku kui heeliumi. Kuid see tingimus sõltub tugeva tuumajõu väga spetsiifilisest väärtusest – mis tahes nõrgem kui see tegelikult on ja heeliumi poleks olnud; kuid iga tugevam ja kogu vesinik oleks muundatud (heeliumiks).

Mõned teadlased väidavad, et see näiline peenhäälestus annab tunnistust universumi disainist, võib-olla isegi Jumala olemasolust. Teised on selle asemel arutlenud lugematu hulga erinevate universumite – olgu need eksisteerivad samaaegselt või üksteise järel – võimaluse üle, mille füüsilised tingimused varieeruvad väga vähe. Siis eksisteeriksime tingimata selles universumis, mis sobib elu tekitamiseks. Teised teadlased on aga oletanud, et kõige lõplik teooria – mis tuleb veel välja töötada – eeldaks loogiliselt, et konstantidel oleksid need väärtused, mis neil on.

Kosmiline evolutsioon

Kuid Kostja Tratšenko Londoni Queen Mary ülikoolis arvab, et sellele võib olla alternatiivne seletus. Ta viitab sellele, et kosmose jaoks pole vaja "suurt kujundust", vaid et kõik universumi füüsilised "omadused" võivad järkjärgulise evolutsiooniprotsessi kaudu iseseisvalt esile kerkida ja kinnistuda – mõneti nagu teatud ellujäämise vohamine. loomade omaduste parandamine.

Selle idee tõukejõud ei tulene, nagu Trachenko ütleb, füüsikaliste konstantide käsitlemisest osakeste füüsika või kosmoloogia kontekstis, vaid nende uurimine kondenseerunud aine füüsika palju madalamate ja bioloogiliselt oluliste energiate põhjal. See lähenemisviis hõlmab keeruliste füüsikaliste või biofüüsikaliste protsesside vähendamist nende põhiolemusteni ja seejärel nende väljendamist ühe või mitme põhikonstandiga.

2020. aastal Trachenko ja Vadim Bražkin avaldas artikli, millega kehtestati a viskoossuse universaalne alumine piir. Nagu paar märkis, saavutab vedeliku viskoossus miinimumi temperatuuril, mis tähistab selle üleminekut vedelikust gaasiks (viimasel juhul põhjustab kõrgem temperatuur rohkem molekulaarseid kokkupõrkeid, mis tekitavad vedelikukihtide vahel suuremat hõõrdumist). Seda üleminekut modelleerides suutsid nad väljendada "kinemaatilist viskoossust" - viskoossuse ja tiheduse suhet - Plancki konstandi kaudu (ħ), molekulmass ja elektronmass (m_e).

Vedeliku vool on hädavajalik

Trachenko on nüüd uurinud selle teose mõju elu olemasolule. Nagu ta märgib, on vedeliku vool oluline paljude rakkudes toimuvate protsesside jaoks, nagu molekulaarne transport või rakkude proliferatsiooniga seotud difusioon. See on oluline ka suuremahulistes, paljurakulistes protsessides, näiteks vereringes.

Idee oli välja töötada piirangud, mida sellised protsessid põhikonstantide väärtustele seavad. Lisaks kinemaatilisele viskoossusele, mis reguleerib pulseerivat verevoolu ja muid ajas muutuvaid nähtusi, arvestas Trachenko ka püsiva voolu ja difusioonikonstantide dünaamilist viskoossust. Kasutades Navier-Stokesi võrrandit ja muid klassikalise vedeliku dünaamika elemente, näitas ta, et kõiki kolme parameetrit saab määrata m_e, prootoni mass (m_p) Ja ħ (dünaamilise viskoossuse ja difusioonikonstandiga, millel on ka elektronide laeng, e).

Trachenko leidis, et kolm parameetrit sõltuvad põhikonstantidest erineval viisil. Ta ütleb, et eluea piiravate avaldiste kombineerimine igal juhul – kahe viskoossuse miinimum ja difusiooni maksimum – annab piiratud vahemiku ehk „biosõbraliku akna”, milles konstandid peavad eksisteerima. Ta väidab, et see on ootamatu tulemus, arvestades sellega seotud bioloogiliste protsesside keerukust ja mitmekesisust (kuigi ta lisab, et kolme parameetri arvuliste piiride kindlaksmääramiseks on vaja biokeemikuid ja biolooge).

Fred Adams USA Michigani ülikooli teadlane kiidab Trachenko "uudset" lähenemist põhikonstantidele piirangute kehtestamisel. Kuid ta hoiatab, et see ei pruugi anda ainulaadseid piire, väites, et praegune bioloogiline teooria ei ole piisav kogu lubatud viskoossuse väljatöötamiseks. "Kui meil oleks täielik ja kõikehõlmav bioloogiateooria ja see teooria näitaks, et viskoossus igas "elus" universumis peab jääma teatud piiridesse, oleks argument tugev," ütleb ta.

Peenstruktuuri konstant

Liikudes viskoossusest tuletatud piiridest kaugemale, uuris Trachenko ka seda, kuidas need piirid on seotud tähtede sees raskete tuumade tootmisega kehtestatud piiridega. Täpsemalt pidas ta vajalikuks häälestamist peenstruktuurikonstandi vahel (mida iseloomustab e ja ħ) ja prootonite ja elektronide massisuhe (m_p/m_e). Ta mõistis, et samaaegsed muutused m_e ja m_p või ħ ja e võib jätta täheparameetrid fikseerituks, muutes samal ajal vedeliku parameetreid. Teisisõnu, erinevate põhikonstantidega universum võib põhimõtteliselt siiski sisaldada raskeid elemente, samas kui selle vedelikud on kõik vähemalt sama viskoossed kui tõrv – seega elu keelamine.

Arvutused näitavad, et kvark-gluoon plasma voolab nagu vesi

Ta kirjeldab elusõbraliku viskoossuse jaoks vajalikku täiendavat häälestamist varajases universumis ülemääraseks, tuues välja, et konstantide täpsed väärtused tuleks kindlaks määrata vähemalt 10 miljardit aastat tagasi – ammu enne seda, kui vihjeid sellele oli. milline elu võib välja näha. "See on natuke nagu paluda kokal hankida suurepärase söögi jaoks õiged koostisosad enne, kui otsustate, milline on eine," ütleb ta.

Ta ütleb, et just see arusaam ajendas teda kaaluma hoopis evolutsioonimehhanismi. Ta tunnistab, et mis tahes sellise mehhanismi üksikasjad on praeguses etapis visandlikud, nii konstandid võivad muutuda kui ka evolutsiooniline surve, et teatud väärtusi eelistatakse teistele. Ta ütleb vaid, et teatud füüsikaliste konstantide kogum hakkaks soodustama uue füüsikalise “struktuuri” tekkimist, mis püsiks, kui sellel oleks robustsed omadused.

"Ma saan aru, et see, mida ma ütlen, on üsna toores, kuid me lihtsalt ei tea hetkel piisavalt, et olla täpsem," ütleb ta.

Uuringut kirjeldatakse artiklis Teadus ettemaksed.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• ChartPrime. Tõsta oma kauplemismängu ChartPrime'iga kõrgemale. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/