De waarden van de fundamentele fysische constanten – schijnbaar afgestemd op het ontstaan ​​van nucleaire materie en uiteindelijk het leven – stonden misschien niet vast bij het begin van het universum, maar veranderden in plaats daarvan in de loop van de tijd door een proces dat lijkt op biologische evolutie. Dat is de hypothese van een natuurkundige uit Groot-Brittannië, die heeft aangetoond dat levensvriendelijke grenzen aan de viscositeit en diffusie van vloeistoffen beperkingen opleggen aan de waarden van de constanten. Nadat hij heeft ontdekt dat deze beperkingen verder gaan dan de vereisten van de nucleosynthese van sterren, vermoedt hij dat de omstandigheden die nodig zijn voor vloeiende beweging in en tussen levende cellen later in de kosmische geschiedenis naar voren hadden kunnen komen.

Decennia lang hebben natuurkundigen gedebatteerd over de mogelijke verklaring voor een opvallend feit van ons universum: dat de waarden van veel fysische constanten precies goed lijken voor het bestaan ​​van de wereld die we om ons heen zien. Voor stervorming zijn bijvoorbeeld zowel waterstof als helium nodig. Maar deze toestand hangt af van een zeer specifieke waarde van de sterke kernkracht – als deze zwakker zou zijn dan deze in werkelijkheid is, zou er geen helium zijn geweest; maar sterker en alle waterstof zou zijn omgezet (in helium).

Sommige wetenschappers beweren dat deze schijnbare afstemming het bewijs levert van ontwerp in het universum, misschien zelfs van het bestaan ​​van God. Anderen hebben in plaats daarvan de mogelijkheid geopperd van een groot aantal verschillende universums – of ze nu tegelijkertijd of na elkaar bestaan ​​– waarbij de fysieke omstandigheden van het ene tot het andere heel licht variëren. We zouden dan noodzakelijkerwijs bestaan ​​in dat universum dat geschikt is om leven te genereren. Nog andere onderzoekers hebben gepostuleerd dat de ultieme theorie van alles – die nog moet worden uitgewerkt – logischerwijs zou vereisen dat de constanten de waarden hebben die ze hebben.

Kosmische evolutie

Maar Kostja Tratsjenko aan de Queen Mary Universiteit van Londen denkt dat er een alternatieve verklaring zou kunnen zijn. Hij suggereert dat er geen behoefte is aan een ‘groots ontwerp’ voor de kosmos, maar dat elk van de fysieke ‘eigenschappen’ van het universum onafhankelijk naar voren zou kunnen komen en zich zou kunnen verankeren, door een geleidelijk evolutieproces – ongeveer zoals de proliferatie van bepaalde overlevingsmechanismen. het verbeteren van eigenschappen bij dieren.

De aanleiding voor dit idee komt, zoals Trachenko het stelt, niet door fysische constanten in de context van de deeltjesfysica of kosmologie te beschouwen, maar door ze in plaats daarvan te onderzoeken op de veel lagere en biologisch relevante energieën van de fysica van de gecondenseerde materie. Deze benadering houdt in dat complexe fysieke of biofysische processen tot hun essentie worden teruggebracht en deze vervolgens worden uitgedrukt in termen van een of meer fundamentele constanten.

In 2020, Trachenko en Vadim Brazjkin publiceerde een artikel waarin een universele ondergrens voor viscositeit. Zoals het tweetal opmerkte, bereikt de viscositeit van een vloeistof een minimum bij de temperatuur die de overgang van vloeistof naar gas markeert (in het laatste geval leiden hogere temperaturen tot meer moleculaire botsingen, waardoor grotere wrijving tussen vloeistoflagen ontstaat). Door die overgang te modelleren, konden ze de ‘kinematische viscositeit’ – de verhouding tussen viscositeit en dichtheid – uitdrukken in termen van de constante van Planck (ħ), molecuulmassa en elektronenmassa (m_e).

Vloeistofstroom is essentieel

Trachenko heeft nu de implicaties van dat werk voor het bestaan ​​van het leven onderzocht. Zoals hij opmerkt, is vloeistofstroom essentieel voor veel processen die plaatsvinden in cellen – zoals moleculair transport of de diffusie die betrokken is bij celproliferatie. Het is ook van vitaal belang bij grootschalige, meercellige processen, zoals de bloedcirculatie.

Het idee was om de beperkingen uit te werken die dergelijke processen opleggen aan de waarden van de fundamentele constanten. Naast de kinematische viscositeit, die de gepulseerde bloedstroom en andere tijdsvariërende verschijnselen regelt, hield Trachenko ook rekening met de dynamische viscositeit van een gestage stroom en diffusieconstanten. Met behulp van de Navier-Stokes-vergelijking en andere elementen van de klassieke vloeistofdynamica toonde hij aan dat alle drie de parameters konden worden gegoten in termen van m_e, de protonmassa (m_p) en ħ (waarbij de dynamische viscositeit en diffusieconstante ook de elektronenlading bevatten, e).

Trachenko ontdekte dat de drie parameters op verschillende manieren afhankelijk zijn van de fundamentele constanten. Als zodanig, zegt hij, levert het combineren van de beperkende uitdrukkingen voor het leven in elk geval – minima voor de twee viscositeiten en een maximum voor diffusie – een beperkt bereik op, of ‘biovriendelijk venster’, waarbinnen de constanten moeten bestaan. Dit is, zo beweert hij, een onverwacht resultaat gezien de complexiteit en verscheidenheid van de betrokken biologische processen (hoewel hij eraan toevoegt dat biochemici en biologen nodig zullen zijn om de numerieke grenzen van de drie parameters vast te stellen).

Fred Adams van de Universiteit van Michigan in de VS prijst Trachenko's 'nieuwe' benadering van het opleggen van beperkingen aan de fundamentele constanten. Maar hij waarschuwt dat dit misschien geen unieke grenzen oplevert, met het argument dat de huidige biologische theorie onvoldoende is om het volledige bereik van toegestane viscositeiten te bepalen. “Als we een volledige en alomvattende biologietheorie hadden en die theorie aantoonde dat de viscositeit in elk ‘levend’ universum binnen een bepaald bereik moet liggen, dan zou het argument sterk zijn”, zegt hij.

Fijne structuurconstante

Trachenko ging verder dan de van de viscositeit afgeleide limieten zelf en bekeek ook hoe deze limieten zich verhouden tot de limieten die worden opgelegd door de noodzaak om zware kernen in sterren te produceren. In het bijzonder hield hij rekening met de noodzakelijke afstemming tussen de fijnstructuurconstante (welke kenmerken e en ħ) en de proton-elektronmassaverhouding (m_p/m_e). Hij realiseerde zich dat gelijktijdige veranderingen van m_e en m_p of van ħ en e zou de stellaire parameters ongewijzigd kunnen laten terwijl de vloeistofparameters worden gewijzigd. Met andere woorden: een universum met verschillende fundamentele constanten zou in principe nog steeds zware elementen kunnen bevatten, terwijl de vloeistoffen ervan allemaal minstens zo stroperig zijn als teer, waardoor leven wordt belemmerd.

Quark-gluon-plasma stroomt als water, suggereren berekeningen

Hij beschrijft de extra afstemming die nodig is voor een levensvriendelijke viscositeit als ‘overkill’ in het vroege universum, en wijst erop dat de precieze waarden van de constanten minstens 10 miljard jaar geleden ingebakken moesten worden – lang voordat er zelfs maar enige aanwijzing voor was. hoe het leven eruit zou kunnen zien. “Het lijkt een beetje op het vragen aan een chef-kok om de juiste ingrediënten voor een voortreffelijke maaltijd te verzamelen, voordat je beslist wat de maaltijd is”, zegt hij.

Het was dit inzicht, zegt hij, dat hem ertoe bracht in plaats daarvan een evolutionair mechanisme te overwegen. Hij erkent dat de details van een dergelijk mechanisme in dit stadium nog vaag zijn, zowel wat betreft de manier waarop de constanten zouden kunnen veranderen als wat de evolutionaire druk zou veroorzaken zodat bepaalde waarden de voorkeur krijgen boven andere. Hij zegt alleen dat een bepaalde reeks fysieke constanten de opkomst van een nieuwe fysieke ‘structuur’ zou gaan bevorderen, die zou blijven bestaan ​​als deze robuuste eigenschappen zou hebben.

“Ik realiseer me dat wat ik zeg nogal grof is, maar we weten op dit moment gewoon niet genoeg om specifieker te zijn”, zegt hij.

Het onderzoek is beschreven in Wetenschap Advances.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• ChartPrime. Verhoog uw handelsspel met ChartPrime. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/