Эволюция может объяснить значения фундаментальных констант

Значения фундаментальных физических констант – казалось бы, точно настроенных для возникновения ядерной материи и, в конечном счете, жизни – возможно, не были зафиксированы в начале существования Вселенной, а вместо этого менялись с течением времени в процессе, похожем на биологическую эволюцию. Такова гипотеза британского физика, который показал, что благоприятные для жизни ограничения на вязкость и диффузию жидкости накладывают ограничения на значения констант. Обнаружив, что эти ограничения выходят за рамки требований звездного нуклеосинтеза, он предполагает, что условия, необходимые для движения жидкости внутри и между живыми клетками, могли возникнуть позже в космической истории.

На протяжении десятилетий физики обсуждали возможное объяснение поразительного факта нашей Вселенной: значения многих физических констант кажутся подходящими для существования мира, который мы видим вокруг нас. Например, для формирования звезд требуется как водород, так и гелий. Но это условие зависит от очень специфической величины сильного ядерного взаимодействия: если бы оно было слабее, чем оно есть на самом деле, не было бы и гелия; но если бы он был сильнее, весь водород превратился бы (в гелий).

Некоторые ученые утверждают, что эта кажущаяся тонкая настройка является доказательством замысла Вселенной, а возможно, даже существования Бога. Другие вместо этого обсуждают возможность существования множества различных вселенных – существующих одновременно или одна за другой – с очень незначительно изменяющимися физическими условиями от одной к другой. Тогда мы обязательно существовали бы во вселенной, пригодной для зарождения жизни. Другие исследователи постулировали, что окончательная теория всего, которую еще предстоит разработать, логически потребует, чтобы константы имели те значения, которые они имеют.

Космическая эволюция

Но Костя Траченко в Лондонском университете королевы Марии считают, что может быть альтернативное объяснение. Он предполагает, что нет необходимости в «великом замысле» космоса, но что каждая из физических «особенностей» Вселенной может возникнуть независимо и укорениться в ходе постепенного процесса эволюции – что-то вроде распространения определенных видов выживания. улучшение характеристик животных.

Поводом для этой идеи является, по словам Траченко, не рассмотрение физических констант в контексте физики элементарных частиц или космологии, а их исследование при гораздо более низких и биологически значимых энергиях физики конденсированного состояния. Этот подход предполагает сведение сложных физических или биофизических процессов к их сути, а затем выражение их через одну или несколько фундаментальных констант.

В 2020 году Траченко и Вадим Бражкин опубликовал документ, устанавливающий универсальный нижний предел вязкости. Как отметила пара, вязкость жидкости достигает минимума при температуре, обозначающей ее переход из жидкости в газ (в последнем случае более высокие температуры приводят к большему количеству столкновений молекул, которые создают большее трение между слоями жидкости). Смоделировав этот переход, они смогли выразить «кинематическую вязкость» – отношение вязкости к плотности – через постоянную Планка (ħ), молекулярная масса и масса электрона (m_e).

Поток жидкости важен

Траченко теперь исследовал последствия этой работы для существования жизни. Как он отмечает, поток жидкости важен для многих процессов, происходящих внутри клеток, таких как молекулярный транспорт или диффузия, участвующая в пролиферации клеток. Это также жизненно важно для более масштабных многоклеточных процессов, таких как кровообращение.

Идея заключалась в том, чтобы определить ограничения, которые такие процессы накладывают на значения фундаментальных констант. Помимо кинематической вязкости, которая управляет пульсирующим кровотоком и другими изменяющимися во времени явлениями, Траченко также рассматривал динамическую вязкость установившегося потока и константы диффузии. Используя уравнение Навье-Стокса и другие элементы классической гидродинамики, он показал, что все три параметра можно выразить через m_e, масса протона (m_p) и расширение ħ (при этом динамическая вязкость и константа диффузии также включают заряд электрона, e).

Траченко обнаружил, что эти три параметра по-разному зависят от фундаментальных констант. Таким образом, говорит он, объединение предельных выражений для жизни в каждом случае – минимумов для двух вязкостей и максимума для диффузии – дает ограниченный диапазон или «биологически благоприятное окно», в пределах которого должны существовать константы. По его словам, это неожиданный результат, учитывая сложность и разнообразие задействованных биологических процессов (хотя он добавляет, что для установления числовых пределов трех параметров потребуются биохимики и биологи).

Фред Адамс из Мичиганского университета в США хвалит «новый» подход Траченко к наложению ограничений на фундаментальные константы. Но он предупреждает, что это может не дать уникальных пределов, утверждая, что современной биологической теории недостаточно для определения всего диапазона допустимой вязкости. «Если бы у нас была полная и всеобъемлющая теория биологии, и эта теория показывала бы, что вязкость в любой «живой» вселенной должна находиться в определенном диапазоне, тогда аргумент был бы сильным», — говорит он.

Константа тонкой структуры

Выйдя за рамки самих ограничений, связанных с вязкостью, Траченко также рассмотрел, как эти ограничения связаны с ограничениями, налагаемыми необходимостью производства тяжелых ядер внутри звезд. В частности, он рассмотрел необходимую настройку между постоянной тонкой структуры (которая характеризует e и ħ) и отношение масс протона к электрону (m_p/m_e). Он понял, что одновременные изменения m_e и m_p Или ħ и e могли бы оставить звездные параметры неизменными, изменяя при этом параметры жидкости. Другими словами, Вселенная с другими фундаментальными константами в принципе все еще может содержать тяжелые элементы, в то время как все ее жидкости по крайней мере столь же вязкие, как смола, что запрещает жизнь.

Кварк-глюонная плазма течет как вода, показывают расчеты

Он описывает дополнительную настройку, необходимую для создания благоприятной для жизни вязкости, как «излишнюю» в ранней Вселенной, указывая на то, что точные значения констант нужно было запечь по крайней мере 10 миллиардов лет назад – задолго до того, как появились какие-либо намеки на как может выглядеть жизнь. «Это все равно, что просить шеф-повара подобрать нужные ингредиенты для изысканного блюда, прежде чем вы решите, что это будет за блюдо», — говорит он.

Именно это понимание, по его словам, побудило его вместо этого рассмотреть эволюционный механизм. Он признает, что детали любого такого механизма на данном этапе весьма схематичны, как с точки зрения того, как константы могут измениться, так и с точки зрения того, какое эволюционное давление будет оказываться, чтобы одни ценности были предпочтительнее других. Он говорит лишь, что определенный набор физических констант начнет благоприятствовать возникновению новой физической «структуры», которая бы выдержала испытание временем, если бы имела устойчивые свойства.

«Я понимаю, что то, что я говорю, довольно грубо, но на данный момент мы просто не знаем достаточно, чтобы говорить более конкретно», — говорит он.

Исследование описано в Наука развивается.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• ЧартПрайм. Улучшите свою торговую игру с ChartPrime. Доступ здесь.
• Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/