Жизнь зависит от микроскопического зазора в законах физики: фундаментальные константы оказались в «золотой зоне» для жидкостей

Вода не должна быть слишком липкой. Кровь не должна быть слишком густой. Клетки должны иметь возможность двигаться. Эти, казалось бы, простые требования к жизни оказались связаны с самыми глубокими законами Вселенной.

Исследователи Лондонского университета королевы Марии предположили: фундаментальные константы — физические правила, управляющие всем от атомов до звезд, — находятся в невероятно узкой «золотой зоне», которая позволяет жидкостям правильно течь внутри живых клеток. Даже небольшие сдвиги этих констант сделали бы кровь слишком густой, воду слишком липкой, а клеточное движение невозможным.

Почему жидкость важна для жизни

Жизнь зависит от движения на микроскопическом уровне. Питательные вещества должны перемещаться внутри клеток. Белки должны правильно сворачиваться. Молекулы постоянно диффундируют через водную среду. Всё это зависит от вязкости — свойства, определяющего, насколько легко течет жидкость.

Если бы фундаментальные константы изменились, вязкость изменилась бы тоже. Профессор физики Костя Траченко поясняет: если бы вода была такой же вязкой, как смола, жизнь в её нынешней форме не существовала бы или не существовала бы вовсе. Это относится не только к воде. Все формы жизни, использующие жидкое состояние для функционирования, были бы затронуты.

Узкое окно возможностей

По словам ученых, Вселенная работает в удивительно узком «био-дружественном» окне, где вязкость и диффузия остаются подходящими для жизни. Если бы константы, управляющие физикой, сдвинулись всего на несколько процентов, жидкости, необходимые для биологии, могли бы стать драматически более густыми или более жидкими.

Любое изменение фундаментальных констант — как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения — было бы одинаково плохо для течения жидкостей и для жизни на их основе. Ученые ожидают, что окно довольно узкое. Вязкость человеческой крови стала бы слишком высокой или слишком низкой для функционирования организма при изменении некоторых фундаментальных констант всего на несколько процентов.

Два уровня тонкой настройки

Физики давно спорят, почему константы Вселенной кажутся точно подобранными. Небольшие различия в таких величинах, как заряд электрона или сила фундаментальных взаимодействий, могли бы помешать звездам формировать тяжелые элементы, необходимые для планет и жизни.

Новое исследование переносит обсуждение со звезд и галактик на уровень живых клеток. Предыдущие аргументы о тонкой настройке часто фокусировались на ядерных реакциях внутри звезд. Эта работа утверждает: даже если звезды и тяжелые элементы все же сформируются, жизнь может остаться невозможной, если жидкости не смогут правильно течь внутри организмов.

Это вводит второй уровень тонкой настройки. Константы, по-видимому, совместимы не только со вселенной, полной материи, но и с биологическими системами, зависящими от тонкой динамики жидкостей.

Что это меняет

Десятилетиями загадка фундаментальных констант исследовалась через черные дыры, звезды и субатомные частицы. Эта работа предполагает, что ответ может также включать нечто гораздо более близкое к повседневной жизни: простую способность жидкостей течь через живые клетки.

Вопрос, который остается: если жизнь существует только потому, что физические константы случайно попали в микроскопически узкий диапазон, то что это говорит о природе самой Вселенной — слепой случай, тонкая настройка свыше или нечто, чего наука еще не понимает? И если изменение констант всего на несколько процентов делает жизнь невозможной, то насколько хрупко само существование человечества в этом космическом зазоре?