Нове фізичне дослідження припускає, що існування життя на Землі та потенційно у космосі залежить від дивовижно тонкого балансу, прихованого у глибинних законах Всесвіту. Дослідники з Лондонського університету королеви Марії (Queen Mary University of London) висунули вражаючу гіпотезу, яка пов'язує фундаментальні константи фізики із можливостями існування самих біологічних організмів.
Їхня праця доводить: базові константи нашого світу перебувають у надзвичайно вузькому діапазоні («ідеальній точці»), який дозволяє рідинам текти саме так, як це необхідно для функціонування живих клітин. Якби ці параметри бодай на кілька відсотків відрізнялися від наявних, вода, кров та інші життєво важливі рідини змінили б свої властивості настільки, що поява складних організмів стала б біологічно неможливою.
Чому рух рідини — це основа біології
Це дослідження базується на попередніх роботах фізика Кості Траченка та його колег, які свого часу продемонстрували, що в'язкість рідини безпосередньо пов'язана з фундаментальними фізичними константами. Тоді науковці встановили теоретичну нижню межу того, наскільки «рідкою» в принципі може бути рідина. Нова ж праця переносить цю концепцію безпосередньо у площину біології, відповідаючи на запитання: чи визначають космічні правила мікроскопічні процеси всередині нас?
Життя на базовому рівні повністю залежить від руху в мікромасштабах:
- Поживні речовини мають транспортуватися крізь клітинні мембрани.
- Білки повинні правильно згортатися (фолдинг білків) для виконання своїх функцій.
- Молекули мають безперешкодно дифундувати у водному середовищі.
Усі ці процеси критично залежать від в'язкості — властивості, що визначає внутрішнє тертя та легкість плину рідини. За висновками вчених, наш Всесвіт функціонує в межах дивовижно вузького «біофізичного вікна». Якби константи змістилися, біологічні рідини перетворилися б на надто густий кисіль або, навпаки, стали б надто розрідженими, руйнуючи делікатні структури органів.
«Розуміння того, як вода тече в чашці, виявляється тісно пов'язаним із фундаментальним викликом сучасної науки — розгадкою природи світових констант. Життєві процеси всередині клітин та між ними вимагають постійного руху, а саме в'язкість задає його параметри. Якщо фундаментальні константи зміняться, зміниться й в'язкість, що миттєво вдарить по життю в тій формі, яку ми знаємо. Наприклад, якби вода була в'язкою, наче дьоготь або смола, життя не змогло б існувати взагалі. Це стосується не лише води — під загрозою опинилися б будь-які форми життя, що використовують рідкий стан для свого існування», — пояснює професор фізики Костя Траченко.
Вчені наголошують, що наслідки будь-яких коливань світових констант вийшли б далеко за межі звичайного колообігу води в природі чи океанічних течій. Людська кров, міжклітинний простір і вся біохімія організму функціонують завдяки ідеально збалансованій динаміці плинності. За словами професора Траченка, якщо змінити бодай на кілька відсотків такі параметри, як стала Планка ($h$) або заряд електрона ($e$), в'язкість нашої крові стала б занадто великою чи занадто малою, що унеможливило б роботу серцево-судинної системи та внутрішньоклітинний метаболізм.
Новий погляд на «Тонке налаштування Всесвіту»
У середовищі фізиків-теоретиків уже багато десятиліть точаться дискусії щодо концепції «тонкого налаштування» (Fine-Tuning). Навіть мінімальні відмінності у значенні маси електрона чи силі ядерної взаємодії призвели б до того, що зірки не змогли б утворювати важкі хімічні елементи (наприклад, вуглець та кисень), які необхідні для формування планет і розвитку життя.
Унікальність нового дослідження полягає в тому, що воно переносить фокус уваги з масштабів зірок і галактик безпосередньо на рівень мікроскопічної клітини. Раніше аргументи про тонке налаштування зазвичай обмежувалися ядерними реакціями в надрах зірок. Тепер доведено: навіть якщо б зірки успішно синтезували хімічні елементи, а планети сформувалися, життя все одно не виникло б, якби закони фізики заважали рідинам правильно циркулювати.
Це вказує на існування додаткового, ще глибшого рівня тонкого налаштування природи. Фізичні константи виявляються оптимізованими не лише для створення стабільної матерії у космосі, а й для підтримки складних динамічних гідродинамічних систем у біології.
Науковці навіть висувають сміливе припущення: можливо, у Всесвіті відбувалося кілька послідовних етапів такого налаштування. Професор Траченко порівнює цей процес із біологічною еволюцією, де певні корисні ознаки розвиваються незалежно одна від одної протягом тривалого часу. Хоча ця ідея поки що залишається суто теоретичною та дискусійною, вона демонструє, що природа може віддавати перевагу стабільним і гармонійним фізичним структурам у спосіб, який наука ще тільки починає осягати.
Подальші дослідження та інтеграція фізики й біології
З моменту виходу перших теоретичних обґрунтувань учені з усього світу продовжують шукати точки дотику між в'язкістю, дифузією та фундаментальною фізикою. Наступні теоретичні дослідження підтверджують, що рух рідини всередині клітин накладає додаткові жорсткі обмеження на діапазон можливих значень фізичних констант, особливо коли йдеться про функціонування складних біохімічних «машин», таких як молекулярні мотори.
Інші дослідницькі групи аналізують природу самої в'язкості. З'являється все більше доказів того, що цей показник є не просто випадковою характеристикою речовини, яку вимірюють у лабораторіях, а прямим наслідком фундаментальних квантових лімітів нашого світу.
Усі ці напрацювання поступово змінюють старе наукове світосприйняття. Замість того, щоб аналізувати таємниці Всесвіту виключно крізь призму космології, чорних дір чи фізики елементарних частинок, наука починає розуміти: умови, необхідні для звичайного руху води та функціонування клітин, мають стати повноцінною частиною фундаментальних рівнянь космосу.
Хоча зв'язок між космологією та біологією досі залишається предметом теорій і дискусій, нове дослідження відкриває дивовижний шлях до розв'язання однієї з найбільших загадок науки. Протягом десятиліть відповіді шукали в далеких галактиках, проте виявилося, що ключ до розуміння Всесвіту може ховатися в чомусь набагато ближчому — у звичайній здатності рідини текти крізь кожну клітину нашого тіла.