Evolusi dapat menjelaskan nilai konstanta fundamental – Dunia Fisika

Evolusi dapat menjelaskan nilai konstanta fundamental – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 23 Agustus 2023 2:00

Fluida dan konstanta fundamental
Penting bagi kehidupan: ilustrasi ini menunjukkan bagaimana konstanta fundamental alam menetapkan batas bawah fundamental viskositas cairan. (Sumber: thehackneycollective.com)

Nilai-nilai konstanta fisik fundamental – yang tampaknya disesuaikan dengan kemunculan materi nuklir dan akhirnya kehidupan – mungkin tidak tetap sejak awal alam semesta melainkan berubah seiring berjalannya waktu melalui proses yang mirip dengan evolusi biologis. Itulah hipotesis seorang ahli fisika di Inggris, yang telah menunjukkan bahwa batas viskositas dan difusi fluida yang ramah kehidupan memberikan batasan pada nilai konstanta. Setelah menemukan bahwa kendala tersebut melampaui persyaratan nukleosintesis bintang, ia menduga bahwa kondisi yang diperlukan untuk pergerakan fluida di dalam dan di antara sel-sel hidup bisa saja muncul di kemudian hari dalam sejarah kosmik.

Selama beberapa dekade, para fisikawan telah memperdebatkan kemungkinan penjelasan atas fakta mengejutkan tentang alam semesta kita – bahwa nilai-nilai dari banyak konstanta fisik tampaknya tepat untuk keberadaan dunia yang kita lihat di sekitar kita. Pembentukan bintang, misalnya, memerlukan hidrogen dan helium. Namun kondisi ini bergantung pada nilai yang sangat spesifik dari gaya nuklir kuat – jika lebih lemah dari yang sebenarnya maka tidak akan ada helium; tapi semakin kuat maka semua hidrogen akan berubah (menjadi helium).

Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa penyesuaian yang tampak ini memberikan bukti adanya rancangan di alam semesta, bahkan mungkin keberadaan Tuhan. Yang lain malah memperdebatkan kemungkinan adanya banyak sekali alam semesta yang berbeda – baik yang ada secara bersamaan atau satu demi satu – dengan kondisi fisik yang sedikit berbeda dari satu alam semesta ke alam semesta lainnya. Maka kita pasti ada di alam semesta yang cocok untuk menghasilkan kehidupan. Masih ada peneliti lain yang mendalilkan bahwa teori utama segala sesuatu – yang masih harus dikembangkan – secara logis mengharuskan konstanta memiliki nilai yang sama.

Evolusi kosmik

Tapi Kostya Trachenko di Queen Mary University of London berpendapat mungkin ada penjelasan alternatif. Ia berpendapat bahwa tidak diperlukan “desain besar” bagi kosmos, namun setiap “ciri” fisik alam semesta dapat muncul secara independen, dan tertanam, melalui proses evolusi bertahap – seperti proliferasi makhluk hidup tertentu. meningkatkan fitur pada hewan.

Dorongan untuk gagasan ini muncul, seperti yang dikatakan Trachenko, bukan dengan mempertimbangkan konstanta fisik dalam konteks fisika partikel atau kosmologi, melainkan menyelidikinya pada energi fisika benda terkondensasi yang jauh lebih rendah dan relevan secara biologis. Pendekatan ini melibatkan pengurangan proses fisik atau biofisik yang kompleks menjadi hal-hal mendasar dan kemudian mengungkapkannya dalam satu atau lebih konstanta fundamental.

Pada tahun 2020, Trachenko dan Vadim Brazhkin menerbitkan makalah yang menetapkan a batas bawah universal untuk viskositas. Seperti yang ditunjukkan oleh pasangan tersebut, viskositas fluida mencapai minimum pada suhu yang menandai peralihannya dari cair ke gas (dalam kasus terakhir, suhu yang lebih tinggi menyebabkan lebih banyak tumbukan molekul, yang menciptakan gesekan yang lebih besar antara lapisan fluida). Dengan memodelkan transisi tersebut, mereka mampu menyatakan “viskositas kinematik” – rasio viskositas terhadap densitas – dalam bentuk konstanta Planck (ħ), massa molekul dan massa elektron (me).

Aliran cairan sangat penting

Trachenko kini telah mengeksplorasi implikasi pekerjaan tersebut terhadap keberadaan kehidupan. Ia mencatat, aliran cairan sangat penting untuk banyak proses yang terjadi di dalam sel – seperti transportasi molekuler atau difusi yang terlibat dalam proliferasi sel. Hal ini juga penting dalam proses multiseluler berskala besar, seperti sirkulasi darah.

Idenya adalah untuk mengatasi kendala-kendala yang ditimbulkan oleh proses-proses tersebut terhadap nilai-nilai konstanta fundamental. Selain viskositas kinematik, yang mengatur aliran darah berdenyut dan fenomena perubahan waktu lainnya, Trachenko juga mempertimbangkan viskositas dinamis aliran tetap dan konstanta difusi. Dengan menggunakan persamaan Navier-Stokes dan elemen dinamika fluida klasik lainnya, ia menunjukkan bahwa ketiga parameter tersebut dapat dirumuskan dalam bentuk persamaan. me, massa proton (mp) Dan ħ (dengan viskositas dinamis dan konstanta difusi juga menampilkan muatan elektron, e).

Trachenko menemukan bahwa ketiga parameter bergantung pada konstanta fundamental dengan cara yang berbeda. Oleh karena itu, katanya, menggabungkan ekspresi pembatas kehidupan dalam setiap kasus – nilai minimum untuk dua viskositas dan nilai maksimum untuk difusi – menghasilkan kisaran terbatas, atau “jendela ramah lingkungan”, yang di dalamnya harus ada konstanta. Hal ini, menurutnya, merupakan hasil yang tidak terduga mengingat kompleksitas dan keragaman proses biologis yang terlibat (walaupun ia menambahkan bahwa ahli biokimia dan biologi akan diperlukan untuk menetapkan batas numerik ketiga parameter tersebut).

Fred Adams dari Universitas Michigan di AS memuji pendekatan “baru” Trachenko dalam menerapkan batasan pada konstanta fundamental. Namun ia memperingatkan bahwa hal ini mungkin tidak menghasilkan batasan yang unik, dengan alasan bahwa teori biologi saat ini tidak cukup untuk menentukan seluruh rentang viskositas yang diperbolehkan. “Jika kita memiliki teori biologi yang lengkap dan komprehensif dan teori tersebut menunjukkan bahwa viskositas di alam semesta 'hidup' mana pun harus berada dalam kisaran tertentu, maka argumennya akan kuat,” katanya.

Konstanta struktur halus

Bergerak melampaui batasan yang diturunkan dari viskositas, Trachenko juga melihat bagaimana batasan ini berhubungan dengan batasan yang ditentukan oleh kebutuhan untuk menghasilkan inti berat di dalam bintang. Secara khusus, ia menganggap perlunya penyetelan antara konstanta struktur halus (yang menampilkan e dan ħ) dan rasio massa proton-elektron (mp/me). Dia menyadari bahwa perubahan simultan me dan mp atau dari ħ dan e dapat membiarkan parameter bintang tetap sementara mengubah parameter fluida. Dengan kata lain, alam semesta dengan konstanta fundamental yang berbeda pada prinsipnya masih bisa mengandung unsur-unsur berat, sementara cairan di dalamnya setidaknya sama kentalnya dengan tar – sehingga menghambat kehidupan.

Dia menggambarkan penyesuaian ekstra yang diperlukan untuk menciptakan viskositas yang ramah kehidupan sebagai sesuatu yang “berlebihan” di alam semesta awal, dan menunjukkan bahwa nilai konstanta yang tepat perlu dihitung setidaknya 10 miliar tahun yang lalu – jauh sebelum ada petunjuk apa pun tentang hal ini. seperti apa kehidupan itu. “Ini seperti meminta koki untuk mendapatkan bahan yang tepat untuk hidangan lezat sebelum Anda memutuskan makanannya,” katanya.

Pemahaman inilah, katanya, yang mendorongnya untuk mempertimbangkan mekanisme evolusi. Dia mengakui bahwa rincian mekanisme tersebut masih belum jelas pada tahap ini, baik dalam hal bagaimana konstanta dapat berubah dan tekanan evolusi apa yang akan ditanggung sehingga nilai-nilai tertentu lebih diunggulkan dibandingkan nilai-nilai lainnya. Dia hanya mengatakan bahwa sekumpulan konstanta fisik tertentu akan mulai mendukung munculnya “struktur” fisik baru, yang akan bertahan jika memiliki sifat yang kuat.

“Saya menyadari bahwa apa yang saya katakan cukup kasar, namun saat ini kami belum mengetahui cukup banyak informasi yang lebih spesifik,” katanya.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Kemajuan ilmu pengetahuan.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika