Evolucija lahko pojasni vrednosti temeljnih konstant – Svet fizike

Vrednosti temeljnih fizikalnih konstant – navidezno natančno prilagojenih za nastanek jedrske snovi in ​​končno življenja – morda niso bile določene na začetku vesolja, temveč so se sčasoma spremenile skozi proces, podoben biološki evoluciji. To je hipoteza fizika iz Združenega kraljestva, ki je pokazal, da življenje prijazne omejitve viskoznosti in difuzije tekočine omejujejo vrednosti konstant. Ko je ugotovil, da te omejitve presegajo zahteve zvezdne nukleosinteze, domneva, da bi se lahko pogoji, potrebni za gibanje tekočine v živih celicah in med njimi, pojavili pozneje v kozmični zgodovini.

Fiziki že desetletja razpravljajo o možni razlagi za osupljivo dejstvo našega vesolja – da so vrednosti številnih fizikalnih konstant videti ravno pravšnje za obstoj sveta, ki ga vidimo okoli sebe. Nastajanje zvezd, na primer, zahteva tako vodik kot helij. Toda ta pogoj je odvisen od zelo specifične vrednosti močne jedrske sile – če bi bila šibkejša, kot dejansko je, helija ne bi bilo; vendar bi bil močnejši in bi se ves vodik pretvoril (v helij).

Nekateri znanstveniki trdijo, da ta navidezna natančnost zagotavlja dokaz o zasnovi vesolja, morda celo o obstoju Boga. Drugi so namesto tega razpravljali o možnosti nešteto različnih vesolj – ne glede na to, ali obstajajo sočasno ali eno za drugim – s fizičnimi pogoji, ki se od enega do drugega zelo malo razlikujejo. Potem bi nujno obstajali v tem vesolju, primernem za ustvarjanje življenja. Spet drugi raziskovalci so domnevali, da bi končna teorija vsega - ki jo je treba še razviti - logično zahtevala, da imajo konstante vrednosti, ki jih imajo.

Kozmična evolucija

Ampak Kostja Tračenko na univerzi Queen Mary v Londonu menijo, da bi lahko obstajala alternativna razlaga. Predlaga, da ni potrebe po "veliki zasnovi" vesolja, ampak da bi se lahko vsaka fizična "lastnost" vesolja neodvisno pojavila in utrdila skozi postopni proces evolucije - nekako tako kot širjenje določenega preživetja - izboljšanje lastnosti pri živalih.

Spodbuda za to zamisel, kot pravi Trachenko, ne prihaja z upoštevanjem fizikalnih konstant v kontekstu fizike delcev ali kozmologije, temveč z njihovim raziskovanjem pri veliko nižjih in biološko pomembnih energijah fizike kondenzirane snovi. Ta pristop vključuje zmanjševanje zapletenih fizičnih ali biofizičnih procesov na njihove bistvene elemente in njihovo izražanje v smislu ene ali več temeljnih konstant.

Leta 2020 sta Trachenko in Vadim Brazhkin objavil prispevek o vzpostavitvi a univerzalna spodnja meja za viskoznost. Kot je poudaril par, viskoznost tekočine doseže minimum pri temperaturi, ki označuje njen prehod iz tekočine v plin (v slednjem primeru višje temperature vodijo do več molekularnih trkov, ki ustvarjajo večje trenje med plastmi tekočine). Z modeliranjem tega prehoda so lahko izrazili "kinematično viskoznost" – razmerje med viskoznostjo in gostoto – v smislu Planckove konstante (ħ), molekulska masa in elektronska masa (m_e).

Bistven je pretok tekočine

Trachenko je zdaj raziskal posledice tega dela za obstoj življenja. Kot ugotavlja, je pretok tekočine bistvenega pomena za številne procese, ki potekajo v celicah - kot je molekularni transport ali difuzija, vključena v celično proliferacijo. Pomemben je tudi pri obsežnejših večceličnih procesih, kot je krvni obtok.

Ideja je bila določiti omejitve, ki jih takšni procesi postavljajo na vrednosti temeljnih konstant. Poleg kinematične viskoznosti, ki uravnava pulzni pretok krvi in ​​druge časovno spremenljive pojave, je Trachenko upošteval tudi dinamično viskoznost enakomernega toka in difuzijske konstante. Z uporabo Navier–Stokesove enačbe in drugih elementov klasične dinamike tekočin je pokazal, da je mogoče vse tri parametre oblikovati v smislu m_e, masa protona (m_p) in ħ (z dinamično viskoznostjo in difuzijsko konstanto, ki vključuje tudi naboj elektrona, e).

Trachenko je ugotovil, da so trije parametri na različne načine odvisni od temeljnih konstant. Pravi, da združevanje omejevalnih izrazov za življenje v vsakem primeru – minimumov za obe viskoznosti in maksimuma za difuzijo – daje omejeno območje ali »bio prijazno okno«, znotraj katerega morajo obstajati konstante. Trdi, da je to nepričakovan rezultat glede na kompleksnost in raznolikost vpletenih bioloških procesov (čeprav dodaja, da bodo potrebni biokemiki in biologi za določitev številčnih omejitev treh parametrov).

Fred Adams Univerze v Michiganu v ZDA hvali Trachenkov »nov« pristop k uvajanju omejitev na temeljne konstante. Vendar opozarja, da morda ne bo prinesel edinstvenih omejitev, saj trdi, da trenutna biološka teorija ne zadostuje za določitev celotnega obsega dovoljenih viskoznosti. »Če bi imeli popolno in celovito teorijo biologije in bi ta teorija pokazala, da mora biti viskoznost v katerem koli 'živem' vesolju znotraj določenega obsega, potem bi bil argument močan,« pravi.

Konstanta fine strukture

Ko je presegel same meje, ki izhajajo iz viskoznosti, je Trachenko preučil tudi, kako so te meje povezane s tistimi, ki jih nalaga potreba po proizvodnji težkih jeder znotraj zvezd. Natančneje, upošteval je potrebno prilagoditev med konstanto fine strukture (ki vključuje e in ħ) in masno razmerje med protonom in elektronom (m_p/m_e). Spoznal je, da sočasne spremembe od m_e in m_p ali od ħ in e bi lahko pustil zvezdne parametre fiksne, medtem ko bi spreminjal parametre tekočine. Z drugimi besedami, vesolje z različnimi temeljnimi konstantami bi načeloma lahko še vedno vsebovalo težke elemente, medtem ko so vse njegove tekočine vsaj tako viskozne kot katran – kar prepoveduje življenje.

Izračuni kažejo, da kvark-gluonska plazma teče kot voda

Dodatno uravnavanje, ki je potrebno za življenje prijazno viskoznost, opisuje kot "pretiravanje" v zgodnjem vesolju, pri čemer poudarja, da bi bilo treba natančne vrednosti konstant zapeči vsaj pred 10 milijardami let - dolgo preden je bilo sploh kakršnih koli namigov o kako bi lahko izgledalo življenje. »To je podobno, kot če bi kuharja prosili, naj vzame prave sestavine za izvrsten obrok, preden se odločite, za kakšen obrok gre,« pravi.

Ta vpogled, pravi, ga je spodbudil, da namesto tega razmisli o evolucijskem mehanizmu. Priznava, da so podrobnosti katerega koli takega mehanizma na tej stopnji pomanjkljive, tako glede tega, kako bi se lahko spremenile konstante, kot tudi glede tega, kakšen evolucijski pritisk bi imel, da bi bile določene vrednote prednostne pred drugimi. Pravi le, da bi določen niz fizičnih konstant začel favorizirati nastanek nove fizične "strukture", ki bi vzdržala, če bi imela robustne lastnosti.

»Zavedam se, da je to, kar govorim, precej grobo, vendar trenutno preprosto ne vemo dovolj, da bi bili natančnejši,« pravi.

Raziskava je opisana v Znanost Predplačila.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• ChartPrime. Izboljšajte svojo igro trgovanja s ChartPrime. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/