进化可以解释基本常数的值 – 物理世界

基本物理常数的值——似乎是为了核物质和最终生命的出现而进行微调的——可能并不是在宇宙诞生之初就固定下来的，而是随着时间的推移，通过类似于生物进化的过程而发生变化。 这是英国一位物理学家的假设，他证明了对流体粘度和扩散的生命友好限制对常数值施加了限制。 在发现这些限制超出了恒星核合成的要求后，他推测活细胞内部和细胞之间的流体运动所需的条件可能在宇宙历史的后期出现。

几十年来，物理学家一直在争论宇宙中一个引人注目的事实的可能解释：许多物理常数的值似乎恰好适合我们所看到的周围世界的存在。 例如，恒星的形成需要氢和氦。 但这种条件取决于强核力的一个非常具体的值——任何比实际弱的值，就不会有氦； 但任何更强的氢都会转化为氦。

一些科学家认为，这种明显的微调提供了宇宙设计的证据，甚至可能是上帝存在的证据。 相反，其他人则提出了存在无数不同宇宙的可能性——无论是同时存在还是相继存在——每个宇宙的物理条件都略有不同。 那么我们必然存在于适合产生生命的宇宙中。 还有其他研究人员假设，一切的最终理论（仍有待制定）在逻辑上要求常数具有它们所具有的值。

宇宙演化

但是， 克斯特亚·特拉琴科 伦敦玛丽女王大学的研究人员认为可能还有另一种解释。 他认为，宇宙不需要一个“宏伟的设计”，但宇宙的每一个物理“特征”都可以通过渐进的进化过程独立出现并变得根深蒂固——有点像某些生存的扩散——增强动物的特征。

正如特拉琴科所说，这个想法的产生不是通过在粒子物理学或宇宙学的背景下考虑物理常数，而是在凝聚态物理学的低得多的、与生物相关的能量上研究它们。 这种方法涉及将复杂的物理或生物物理过程简化为其最基本的要素，然后用一个或多个基本常数来表达它们。

2020 年，特拉琴科和 瓦迪姆·布拉日金 发表了一篇论文，建立了 通用粘度下限。 正如两人指出的那样，流体的粘度在标志着其从液体转变为气体的温度下达到最小值（在后一种情况下，较高的温度会导致更多的分子碰撞，从而在流体层之间产生更大的摩擦）。 通过对这种转变进行建模，他们能够用普朗克常数来表达“运动粘度”——粘度与密度的比率（ħ), 分子质量和电子质量 (m_e).

流体流动至关重要

特拉琴科现在探索了这项工作对生命存在的影响。 正如他指出的，流体流动对于细胞内发生的许多过程至关重要，例如细胞增殖中涉及的分子运输或扩散。 它对于更大规模的多细胞过程（例如血液循环）也至关重要。

这个想法是为了找出这些过程对基本常数值的限制。 除了控制脉冲血流和其他时变现象的运动粘度之外，Trachenko 还考虑了稳态流动和扩散常数的动态粘度。 使用纳维-斯托克斯方程和经典流体动力学的其他元素，他表明所有三个参数都可以用以下形式表示： m_e，质子质量（m_p) 以及 ħ （动态粘度和扩散常数也具有电子电荷的特征， e).

Trachenko 发现这三个参数以不同的方式依赖于基本常数。 因此，他说，结合每种情况下生命的限制表达式（两种粘度的最小值和扩散的最大值）会产生一个有限范围或“生物友好窗口”，其中常数必须存在。 他声称，考虑到所涉及的生物过程的复杂性和多样性，这是一个意想不到的结果（尽管他补充说，需要生物化学家和生物学家来确定这三个参数的数值限制）。

弗雷德·亚当斯 美国密歇根大学的教授称赞 Trachenko 对基本常数施加约束的“新颖”方法。 但他警告说，它可能不会产生独特的限制，认为当前的生物学理论不足以计算出允许的粘度的全部范围。 “如果我们有一个完整而全面的生物学理论，并且该理论表明任何‘生命’宇宙中的粘度必须在一定范围内，那么这个论点就会很有力，”他说。

细结构常数

除了由粘度引起的限制本身之外，特拉琴科还研究了这些限制与恒星内部产生重核的需要所施加的限制之间的关系。 具体来说，他考虑了精细结构常数之间的必要调整（其特点是 e 和 ħ）和质子与电子的质量比（m_p/m_e）。 他意识到同时发生的变化 m_e 和 m_p 或者 ħ 和 e 可以在改变流体参数的同时保持恒星参数固定。 换句话说，一个具有不同基本常数的宇宙原则上仍然可能含有重元素，而它的流体至少都像焦油一样粘稠——因此禁止生命存在。

计算表明夸克-胶子等离子体像水一样流动

他将早期宇宙中对生命友好的粘度所需的额外调整描述为“矫枉过正”，并指出常数的精确值需要在至少 10 亿年前就被烘焙出来——早在有任何迹象表明存在之前。生活会是什么样子。 “这有点像在决定餐点是什么之前要求厨师为一顿精致的餐点找到合适的食材，”他说。

他说，正是这种洞察力促使他考虑采用进化机制。 他承认，在现阶段，任何此类机制的细节都是粗略的，无论是常数可能如何变化，还是进化压力会承受什么，从而某些值比其他值更受青睐。 他只是说，一组特定的物理常数将开始有利于新的物理“结构”的出现，如果它具有强大的特性，这种结构就会持久。

“我意识到我所说的很粗鲁，但我们目前还不够了解，无法更具体，”他说。

该研究描述于 科学进展.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/