Ewolucja może wyjaśniać wartości podstawowych stałych – Świat Fizyki

Wartości podstawowych stałych fizycznych – pozornie dostosowanych do powstania materii jądrowej, a ostatecznie życia – mogły nie zostać ustalone na początku wszechświata, lecz zmieniać się z czasem w procesie podobnym do ewolucji biologicznej. Taka jest hipoteza fizyka z Wielkiej Brytanii, który wykazał, że przyjazne dla życia ograniczenia lepkości i dyfuzji płynu nakładają ograniczenia na wartości stałych. Odkrywszy, że ograniczenia te wykraczają poza wymagania gwiezdnej nukleosyntezy, przypuszcza, że ​​warunki potrzebne do ruchu płynu w żywych komórkach i pomiędzy nimi mogły pojawić się później w historii kosmosu.

Przez dziesięciolecia fizycy debatowali nad możliwym wyjaśnieniem uderzającego faktu dotyczącego naszego wszechświata – że wartości wielu stałych fizycznych wydają się odpowiadać istnieniu świata, który widzimy wokół nas. Na przykład powstawanie gwiazd wymaga zarówno wodoru, jak i helu. Ale ten warunek zależy od bardzo konkretnej wartości silnego oddziaływania jądrowego – gdyby było słabsze niż jest w rzeczywistości, nie byłoby helu; ale jakikolwiek silniejszy i cały wodór przekształciłby się (w hel).

Niektórzy naukowcy twierdzą, że to pozorne dostrojenie dostarcza dowodów na istnienie projektu we wszechświecie, a być może nawet na istnienie Boga. Inni zamiast tego rozważali możliwość istnienia niezliczonej liczby różnych wszechświatów – istniejących jednocześnie lub jeden po drugim – z warunkami fizycznymi bardzo nieznacznie różniącymi się w zależności od siebie. Wówczas z konieczności istnielibyśmy we wszechświecie odpowiednim do generowania życia. Jeszcze inni badacze postulowali, że ostateczna teoria wszystkiego – wciąż nieopracowana – logicznie wymagałaby, aby stałe miały takie wartości, jakie mają.

Kosmiczna ewolucja

Ale Kostya Traczenko z Queen Mary University of London uważa, że ​​może istnieć alternatywne wyjaśnienie. Sugeruje, że nie ma potrzeby „wielkiego projektu” kosmosu, ale każda z fizycznych „cech” wszechświata może niezależnie wyłonić się i utrwalić w drodze stopniowego procesu ewolucji – trochę na wzór rozprzestrzeniania się pewnego przetrwania – wzmacnianie cech u zwierząt.

Bodziec do tego pomysłu pojawia się, jak to ujął Traczenko, nie poprzez rozważanie stałych fizycznych w kontekście fizyki cząstek elementarnych czy kosmologii, ale zamiast tego badanie ich przy znacznie niższych i biologicznie istotnych energiach fizyki materii skondensowanej. Podejście to polega na zredukowaniu złożonych procesów fizycznych lub biofizycznych do ich podstawowych elementów, a następnie wyrażeniu ich w kategoriach jednej lub większej liczby podstawowych stałych.

W 2020 r. Trachenko i Wadim Brażkin opublikował artykuł ustanawiający A uniwersalna dolna granica lepkości. Jak zauważyli para, lepkość płynu osiąga minimum w temperaturze oznaczającej przejście z cieczy w gaz (w tym drugim przypadku wyższe temperatury prowadzą do większej liczby zderzeń molekularnych, co powoduje większe tarcie pomiędzy warstwami płynu). Modelując to przejście, byli w stanie wyrazić „lepkość kinematyczną” – stosunek lepkości do gęstości – w postaci stałej Plancka (ħ), masa cząsteczkowa i masa elektronowa (m_e).

Przepływ płynu jest niezbędny

Trachenko zbadał teraz konsekwencje tej pracy dla istnienia życia. Jak zauważa, przepływ płynów jest niezbędny dla wielu procesów zachodzących w komórkach – takich jak transport molekularny czy dyfuzja związana z proliferacją komórek. Jest także niezbędny w procesach wielokomórkowych na większą skalę, takich jak krążenie krwi.

Pomysł polegał na określeniu ograniczeń, jakie takie procesy nakładają na wartości stałych podstawowych. Oprócz lepkości kinematycznej, która rządzi pulsacyjnym przepływem krwi i innymi zjawiskami zmiennymi w czasie, Trachenko wziął również pod uwagę lepkość dynamiczną stałych stałych przepływu i dyfuzji. Korzystając z równania Naviera-Stokesa i innych elementów klasycznej dynamiki płynów, pokazał, że wszystkie trzy parametry można przedstawić w kategoriach m_e, masa protonu (m_p) i ħ (przy lepkości dynamicznej i stałej dyfuzji uwzględniającej także ładunek elektronu, e).

Trachenko odkrył, że te trzy parametry w różny sposób zależą od stałych podstawowych. W związku z tym, jego zdaniem, połączenie w każdym przypadku wyrażeń ograniczających życie – minimów dla dwóch lepkości i maksimum dyfuzji – daje ograniczony zakres, czyli „okno przyjazne biologicznie”, w którym muszą istnieć stałe. Twierdzi, że jest to wynik nieoczekiwany, biorąc pod uwagę złożoność i różnorodność zachodzących procesów biologicznych (choć dodaje, że do ustalenia liczbowych granic trzech parametrów będą potrzebni biochemicy i biolodzy).

Freda Adamsa z Uniwersytetu Michigan w USA chwali „nowatorskie” podejście Traczenki do nakładania ograniczeń na stałe podstawowe. Ostrzega jednak, że może to nie dawać wyjątkowych granic, argumentując, że obecna teoria biologiczna jest niewystarczająca do obliczenia pełnego zakresu dozwolonych lepkości. „Gdybyśmy mieli kompletną i wszechstronną teorię biologii, która wskazywałaby, że lepkość w jakimkolwiek «żywym» wszechświecie musi mieścić się w pewnym przedziale, argument byłby mocny” – mówi.

Stała struktury drobnej

Wychodząc poza same ograniczenia wynikające z lepkości, Trachenko przyjrzał się także, jak te ograniczenia odnoszą się do ograniczeń narzuconych przez potrzebę wytwarzania ciężkich jąder wewnątrz gwiazd. W szczególności rozważał niezbędne dostrojenie między stałą struktury drobnej (która charakteryzuje się e i ħ) i stosunek masy protonu do elektronu (m_p/m_e). Zdał sobie sprawę, że jednoczesne zmiany m_e i m_p lub z ħ i e mógłby pozostawić stałe parametry gwiazd, zmieniając jednocześnie parametry płynu. Innymi słowy, wszechświat o różnych stałych podstawowych może w zasadzie nadal zawierać ciężkie pierwiastki, podczas gdy wszystkie jego płyny są co najmniej tak samo lepkie jak smoła – co uniemożliwia życie.

Obliczenia sugerują, że plazma kwarkowo-gluonowa przepływa jak woda

Opisuje dodatkowe dostrojenie potrzebne do uzyskania lepkości przyjaznej życiu jako „przesadę” we wczesnym wszechświecie, wskazując, że dokładne wartości stałych musiałyby zostać ustalone co najmniej 10 miliardów lat temu – na długo przed pojawieniem się jakichkolwiek śladów jak mogłoby wyglądać życie. „To trochę tak, jakby poprosić szefa kuchni o odpowiednie składniki na wykwintny posiłek, zanim zdecydujesz, co to będzie za posiłek” – mówi.

Mówi, że to właśnie to spostrzeżenie skłoniło go do rozważenia mechanizmu ewolucyjnego. Przyznaje, że szczegóły takiego mechanizmu są na tym etapie pobieżne, zarówno jeśli chodzi o to, w jaki sposób stałe mogą się zmieniać, jak i jaką presję ewolucyjną będzie wywierać, aby pewne wartości były faworyzowane względem innych. Mówi jedynie, że określony zestaw stałych fizycznych zacząłby sprzyjać powstaniu nowej „struktury” fizycznej, która przetrwałaby, gdyby miała solidne właściwości.

„Zdaję sobie sprawę, że to, co mówię, jest dość prymitywne, ale w tej chwili nie wiemy wystarczająco dużo, aby wyrazić się bardziej szczegółowo” – mówi.

Badania opisano w Postępy nauki.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• ChartPrime. Podnieś poziom swojej gry handlowej dzięki ChartPrime. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/