- 26,709
- 46
- 8 Ноя 2022
Ученые предложили связать фундаментальные константы физики с возможностью существования биологии.
Физики из Лондонского университета королевы Марии предложили неожиданное объяснение , почему жизнь вообще смогла появиться во Вселенной. Проблема может быть не только в звёздах, атомах и химических элементах. Исследователи считают, что всё упирается в способность жидкостей нормально течь. Если фундаментальные физические константы отличались бы всего на несколько процентов, вода, кровь и внутриклеточные жидкости могли стать слишком густыми или слишком текучими для работы живых клеток.
Работа вышла в 2023 году, но обсуждение идеи продолжается до сих пор. Авторы попытались связать фундаментальные законы физики с процессами внутри живых организмов. В центре исследования оказалась вязкость жидкости, то есть свойство, которое определяет, насколько легко жидкость течёт.
На первый взгляд тема кажется почти бытовой. Вязкость помогает отличить воду от мёда или смолы. Но для биологии параметр критически важен. Внутри клеток постоянно движутся молекулы, белки меняют форму, питательные вещества проходят через мембраны, а химические реакции зависят от скорости диффузии. Любое живое существо существует за счёт непрерывного движения в жидкой среде.
Авторы исследования считают, что Вселенная находится в очень узком диапазоне параметров, где вязкость и скорость диффузии остаются пригодными для жизни. Даже небольшое изменение фундаментальных констант могло нарушить баланс. Вода при других значениях физических параметров могла бы течь почти как смола или, наоборот, стать слишком текучей для стабильной работы клеток.
Исследование продолжило более раннюю работу физика Кости Траченко и его коллег. Учёные ранее показали, что вязкость жидкости напрямую связана с фундаментальными физическими константами. Работа фактически ввела нижний предел для текучести жидкостей. Новое исследование перенесло вопрос из области физики конденсированного состояния в биологию: если свойства жидкостей определяются законами Вселенной, тогда сами условия существования клеток тоже могут зависеть от фундаментальных параметров природы.
Под ударом в таком сценарии оказывается не только вода. Авторы отдельно упоминают кровь, внутриклеточные жидкости и всю химию, на которой держится жизнь. Организм человека работает в очень узком диапазоне условий. Если кровь становится слишком густой или слишком жидкой, тело быстро теряет способность нормально переносить кислород, питательные вещества и сигнальные молекулы.
По расчётам исследователей, даже изменение постоянной Планка или заряда электрона всего на несколько процентов уже могло бы сделать кровь непригодной для нормальной работы организма. Причём проблема возникла бы при изменении констант в любую сторону. Более высокая вязкость нарушила бы движение веществ внутри клеток, а слишком низкая изменила бы динамику биохимических процессов и молекулярных взаимодействий.
Работа добавляет новый слой к старому спору о так называемой тонкой настройке Вселенной. Физики давно обсуждают странное совпадение: фундаментальные константы природы словно случайно оказались идеально подходящими для существования материи. Небольшое изменение силы фундаментальных взаимодействий, массы частиц или электрического заряда могло помешать образованию звёзд, тяжёлых элементов и планет.
Обычно подобные обсуждения касались космологии, ядерных реакций и рождения химических элементов внутри звёзд. Авторы новой работы сместили акцент гораздо ближе к биологии. Даже если представить Вселенную, где звёзды и тяжёлые элементы всё равно появились, жизнь могла бы так и не возникнуть из-за неподходящих свойств жидкостей внутри клеток.
Фактически исследование предлагает двойную систему ограничений. Вселенная должна не только позволять существование материи, звёзд и химии. Физические параметры ещё и должны поддерживать сложную динамику жидкостей, без которой клетка перестаёт нормально работать.
После публикации интерес к теме не исчез. Последующие теоретические работы продолжили изучать связь между вязкостью, диффузией и фундаментальной физикой. Учёные отдельно анализировали движение жидкостей внутри клеток и пытались понять, накладывают ли биохимические процессы дополнительные ограничения на возможные значения физических констант.
Часть исследований сосредоточилась на молекулярных машинах внутри клеток. Под этим термином обычно понимают белковые комплексы, которые выполняют механическую работу на микроскопическом уровне: переносят вещества, двигают клеточные структуры или участвуют в синтезе молекул. Работа подобных систем тоже зависит от поведения жидкой среды.
Другие группы исследователей изучали уже саму природу вязкости. В нескольких работах 2023 года появились аргументы в пользу того, что вязкость может быть связана с универсальными физическими пределами, а не считаться просто лабораторной характеристикой жидкости. Постепенно старый вопрос о фундаментальных константах начинает выходить за пределы космологии и физики элементарных частиц. Учёные всё чаще пытаются понять, должны ли условия для существования текучих жидкостей и живых клеток тоже входить в общую картину устройства Вселенной.
Пока у физиков нет общепринятого объяснения, почему фундаментальные константы природы имеют именно наблюдаемые значения. Но новая работа предложила необычный угол для обсуждения проблемы. Десятилетиями загадку пытались искать среди чёрных дыр, звёзд и субатомных частиц. Теперь в центре обсуждения оказалась способность жидкости спокойно течь внутри живой клетки.
Физики из Лондонского университета королевы Марии предложили неожиданное объяснение , почему жизнь вообще смогла появиться во Вселенной. Проблема может быть не только в звёздах, атомах и химических элементах. Исследователи считают, что всё упирается в способность жидкостей нормально течь. Если фундаментальные физические константы отличались бы всего на несколько процентов, вода, кровь и внутриклеточные жидкости могли стать слишком густыми или слишком текучими для работы живых клеток.
Работа вышла в 2023 году, но обсуждение идеи продолжается до сих пор. Авторы попытались связать фундаментальные законы физики с процессами внутри живых организмов. В центре исследования оказалась вязкость жидкости, то есть свойство, которое определяет, насколько легко жидкость течёт.
На первый взгляд тема кажется почти бытовой. Вязкость помогает отличить воду от мёда или смолы. Но для биологии параметр критически важен. Внутри клеток постоянно движутся молекулы, белки меняют форму, питательные вещества проходят через мембраны, а химические реакции зависят от скорости диффузии. Любое живое существо существует за счёт непрерывного движения в жидкой среде.
Авторы исследования считают, что Вселенная находится в очень узком диапазоне параметров, где вязкость и скорость диффузии остаются пригодными для жизни. Даже небольшое изменение фундаментальных констант могло нарушить баланс. Вода при других значениях физических параметров могла бы течь почти как смола или, наоборот, стать слишком текучей для стабильной работы клеток.
Исследование продолжило более раннюю работу физика Кости Траченко и его коллег. Учёные ранее показали, что вязкость жидкости напрямую связана с фундаментальными физическими константами. Работа фактически ввела нижний предел для текучести жидкостей. Новое исследование перенесло вопрос из области физики конденсированного состояния в биологию: если свойства жидкостей определяются законами Вселенной, тогда сами условия существования клеток тоже могут зависеть от фундаментальных параметров природы.
Под ударом в таком сценарии оказывается не только вода. Авторы отдельно упоминают кровь, внутриклеточные жидкости и всю химию, на которой держится жизнь. Организм человека работает в очень узком диапазоне условий. Если кровь становится слишком густой или слишком жидкой, тело быстро теряет способность нормально переносить кислород, питательные вещества и сигнальные молекулы.
По расчётам исследователей, даже изменение постоянной Планка или заряда электрона всего на несколько процентов уже могло бы сделать кровь непригодной для нормальной работы организма. Причём проблема возникла бы при изменении констант в любую сторону. Более высокая вязкость нарушила бы движение веществ внутри клеток, а слишком низкая изменила бы динамику биохимических процессов и молекулярных взаимодействий.
Работа добавляет новый слой к старому спору о так называемой тонкой настройке Вселенной. Физики давно обсуждают странное совпадение: фундаментальные константы природы словно случайно оказались идеально подходящими для существования материи. Небольшое изменение силы фундаментальных взаимодействий, массы частиц или электрического заряда могло помешать образованию звёзд, тяжёлых элементов и планет.
Обычно подобные обсуждения касались космологии, ядерных реакций и рождения химических элементов внутри звёзд. Авторы новой работы сместили акцент гораздо ближе к биологии. Даже если представить Вселенную, где звёзды и тяжёлые элементы всё равно появились, жизнь могла бы так и не возникнуть из-за неподходящих свойств жидкостей внутри клеток.
Фактически исследование предлагает двойную систему ограничений. Вселенная должна не только позволять существование материи, звёзд и химии. Физические параметры ещё и должны поддерживать сложную динамику жидкостей, без которой клетка перестаёт нормально работать.
После публикации интерес к теме не исчез. Последующие теоретические работы продолжили изучать связь между вязкостью, диффузией и фундаментальной физикой. Учёные отдельно анализировали движение жидкостей внутри клеток и пытались понять, накладывают ли биохимические процессы дополнительные ограничения на возможные значения физических констант.
Часть исследований сосредоточилась на молекулярных машинах внутри клеток. Под этим термином обычно понимают белковые комплексы, которые выполняют механическую работу на микроскопическом уровне: переносят вещества, двигают клеточные структуры или участвуют в синтезе молекул. Работа подобных систем тоже зависит от поведения жидкой среды.
Другие группы исследователей изучали уже саму природу вязкости. В нескольких работах 2023 года появились аргументы в пользу того, что вязкость может быть связана с универсальными физическими пределами, а не считаться просто лабораторной характеристикой жидкости. Постепенно старый вопрос о фундаментальных константах начинает выходить за пределы космологии и физики элементарных частиц. Учёные всё чаще пытаются понять, должны ли условия для существования текучих жидкостей и живых клеток тоже входить в общую картину устройства Вселенной.
Пока у физиков нет общепринятого объяснения, почему фундаментальные константы природы имеют именно наблюдаемые значения. Но новая работа предложила необычный угол для обсуждения проблемы. Десятилетиями загадку пытались искать среди чёрных дыр, звёзд и субатомных частиц. Теперь в центре обсуждения оказалась способность жидкости спокойно течь внутри живой клетки.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
