Evolusjon kan forklare verdiene til de grunnleggende konstantene – Physics World

Verdiene til de grunnleggende fysiske konstantene – tilsynelatende finjustert for fremveksten av kjernefysisk materie og til syvende og sist liv – har kanskje ikke blitt fikset ved universets begynnelse, men i stedet endret seg over tid gjennom en prosess som ligner biologisk evolusjon. Det er hypotesen til en fysiker i Storbritannia, som har vist at livsvennlige grenser for væskeviskositet og diffusjon legger begrensninger på konstantenes verdier. Etter å ha funnet ut at disse begrensningene går utover kravene til stjernenukleosyntese, antar han at betingelsene som trengs for væskebevegelse i og blant levende celler kunne ha dukket opp senere i kosmisk historie.

I flere tiår har fysikere diskutert den mulige forklaringen på et slående faktum i universet vårt – at verdiene til mange fysiske konstanter ser helt riktig ut for eksistensen av verden vi ser rundt oss. Stjernedannelse krever for eksempel både hydrogen og helium. Men denne tilstanden avhenger av en veldig spesifikk verdi av den sterke kjernekraften – noe svakere enn den faktisk er, og det ville ikke vært noe helium; men noe sterkere og alt hydrogenet ville ha omdannet (til helium).

Noen forskere hevder at denne tilsynelatende finjusteringen gir bevis på design i universet, kanskje til og med Guds eksistens. Andre har i stedet fremsatt muligheten for et mylder av forskjellige universer – enten de eksisterer samtidig eller etter hverandre – med fysiske forhold som varierer veldig litt fra det ene til det neste. Vi ville da nødvendigvis eksistere i det universet som er egnet til å generere liv. Atter andre forskere har postulert at den ultimate teorien om alt – som fortsatt skal utarbeides – logisk sett ville kreve at konstantene har de verdiene de gjør.

Kosmisk evolusjon

Men Kostya Trachenko ved Queen Mary University of London regner med at det kan være en alternativ forklaring. Han antyder at det ikke er behov for en "stor design" for kosmos, men at hvert av universets fysiske "trekk" uavhengig kan dukke opp, og bli forankret, gjennom en gradvis evolusjonsprosess - litt som spredningen av viss overlevelse- forbedre egenskaper hos dyr.

Ansporet til denne ideen kommer, som Trachenko uttrykker det, ikke ved å vurdere fysiske konstanter i sammenheng med partikkelfysikk eller kosmologi, men å undersøke dem i stedet ved de mye lavere og biologisk relevante energiene til kondensert materiefysikk. Denne tilnærmingen innebærer å redusere komplekse fysiske eller biofysiske prosesser til deres absolutte nødvendigheter og deretter uttrykke dem i form av en eller flere fundamentale konstanter.

I 2020, Trachenko og Vadim Brazhkin publiserte et papir som etablerer en universell nedre grense for viskositet. Som paret påpekte, når en væskes viskositet et minimum ved temperaturen som markerer overgangen fra væske til gass (i sistnevnte tilfelle fører høyere temperaturer til flere molekylære kollisjoner, som skaper større friksjon mellom væskelag). Ved å modellere den overgangen var de i stand til å uttrykke den "kinematiske viskositeten" - forholdet mellom viskositet og tetthet - i form av Plancks konstant (ħ), molekylmasse og elektronmasse (m_e).

Væskestrøm er viktig

Trachenko har nå utforsket implikasjonene av dette arbeidet for livets eksistens. Som han bemerker, er væskestrøm essensiell for mange prosesser som finner sted i celler - for eksempel molekylær transport eller diffusjon involvert i celleproliferasjon. Det er også viktig i større, flercellede prosesser, for eksempel blodsirkulasjon.

Tanken var å utarbeide begrensningene som slike prosesser setter på verdiene til de grunnleggende konstantene. I tillegg til kinematisk viskositet, som styrer pulserende blodstrøm og andre tidsvarierende fenomener, vurderte Trachenko også den dynamiske viskositeten til jevn strømning og diffusjonskonstanter. Ved å bruke Navier–Stokes-ligningen og andre elementer av klassisk fluiddynamikk viste han at alle tre parametere kunne støpes mht. m_e, protonmassen (m_p) Og ħ (med den dynamiske viskositeten og diffusjonskonstanten som også inneholder elektronladningen, e).

Trachenko fant ut at de tre parameterne avhenger av de grunnleggende konstantene på forskjellige måter. Som sådan, sier han, gir det å kombinere de begrensende uttrykkene for liv i hvert tilfelle - minimum for de to viskositetene og et maksimum for diffusjon - et begrenset område, eller "biovennlig vindu", som konstantene må eksistere innenfor. Dette, hevder han, er et uventet resultat gitt kompleksiteten og variasjonen av de biologiske prosessene som er involvert (selv om han legger til at biokjemikere og biologer vil være nødvendig for å fastslå de tre parameternes numeriske grenser).

Fred Adams ved University of Michigan i USA berømmer Trachenkos "nye" tilnærming til å pålegge begrensninger på de grunnleggende konstantene. Men han advarer om at det kanskje ikke gir unike grenser, og hevder at dagens biologiske teori er utilstrekkelig til å regne ut hele spekteret av tillatte viskositeter. "Hvis vi hadde en fullstendig og omfattende teori om biologi og den teorien viste at viskositet i ethvert "levende" univers må ligge innenfor et visst område, så ville argumentet være sterkt, sier han.

Fin struktur konstant

Trachenko gikk utover selve viskositetsavledede grensene, og så også på hvordan disse grensene forholder seg til de som er pålagt av behovet for å produsere tunge kjerner inne i stjerner. Spesielt vurderte han den nødvendige justeringen mellom finstrukturkonstanten (som har e og ħ) og proton-til-elektron masseforholdet (m_p/m_e). Han innså at samtidige endringer av m_e og m_p eller av ħ og e kan la stjerneparametrene være faste mens de endrer væskeparametrene. Med andre ord, et univers med forskjellige fundamentale konstanter kan i prinsippet fortsatt inneholde tunge grunnstoffer, mens alle væskene er minst like tyktflytende som tjære – noe som forbyr liv.

Kvark-gluon-plasma strømmer som vann, antyder beregninger

Han beskriver den ekstra justeringen som trengs for livsvennlig viskositet som "overkill" i det tidlige universet, og påpeker at de nøyaktige verdiene til konstantene måtte bakes inn for minst 10 milliarder år siden - lenge før det i det hele tatt var noen antydninger til hvordan livet kan se ut. "Det er litt som å be en kokk om å få de riktige ingrediensene til et utsøkt måltid før du bestemmer deg for hva måltidet er," sier han.

Det var denne innsikten, sier han, som fikk ham til å vurdere en evolusjonsmekanisme i stedet. Han erkjenner at detaljene i enhver slik mekanisme er skisse på dette stadiet, både når det gjelder hvordan konstantene kan endre seg og hva evolusjonært press vil bære slik at visse verdier favoriseres fremfor andre. Han sier bare at et visst sett med fysiske konstanter ville begynne å favorisere fremveksten av en ny fysisk "struktur", som ville bestå hvis den hadde robuste egenskaper.

"Jeg innser at det jeg sier er ganske grovt, men vi vet bare ikke nok for øyeblikket til å være mer spesifikke," sier han.

Forskningen er beskrevet i Vitenskap Fremskritt.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• ChartPrime. Hev handelsspillet ditt med ChartPrime. Tilgang her.
• BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/