Эволюция вселенной: отражает ли изменение физических констант ритмы жизни?

Фундаментальные физические константы, которые, казалось бы, точно настроены на возникновение ядерной материи и, в конечном итоге, жизни, возможно, не были заданы в начале существования Вселенной. Вместо этого их значения могли меняться со временем по процессу, похожему на биологическую эволюцию. К такому выводу пришел физик из Великобритании, изучая ограничения, налагаемые на значения констант жизнеспособными пределами вязкости и диффузии жидкостей.

Долгие годы ученые обсуждали возможные причины того факта, что многие физические константы кажутся идеально подобранными для существования мира, который мы наблюдаем вокруг. Например, образование звезд требует наличие и водорода, и гелия, значения которых зависят от силы сильного ядерного взаимодействия.

Костя Траченко из Queen Mary University в Лондоне предложил альтернативное объяснение, основанное на эволюционном подходе. Он считает, что для объяснения физических особенностей Вселенной не требуется "великий дизайн", и что каждый "признак" Вселенной может возникать независимо друг от друга, закрепляясь через постепенный процесс эволюции, аналогично тому, как различные черты развивались у живых существ в процессе их эволюции.

Траченко основывался на работах, проведенных им в 2020 году вместе с Вадимом Бражкиным, в которых был установлен универсальный нижний предел вязкости жидкостей. Он исследовал, как это влияет на возникновение жизни, учитывая, что течение жидкости имеет ключевое значение для многих процессов внутри клеток.

Траченко выявил "био-дружественное окно" для констант, в пределах которого они должны существовать. Однако, как подчеркнул Фред Адамс из Университета Мичигана, текущая биологическая теория может не предоставить уникальных границ для данных констант.

Траченко также рассмотрел, как взаимосвязаны его результаты с необходимостью образования тяжелых ядер в звездах. Он заявил, что Вселенная с другими фундаментальными константами могла бы, в принципе, содержать тяжелые элементы, но ее жидкости могли бы быть настолько вязкими, что это препятствовало бы существованию жизни.

Выйдя за рамки самих ограничений, связанных с вязкостью, Траченко также рассмотрел, как подобные ограничения связаны с ограничениями, налагаемыми необходимостью производства тяжелых ядер внутри звезд. В частности, он рассмотрел необходимую настройку между постоянной тонкой структуры (которая включает e и ħ ) и соотношением масс протона и электрона ( m p / m e ). Он понял, что одновременные изменения me и m p или ħ и e могли бы оставить звездные параметры неизменными, изменяя при этом параметры жидкости. Другими словами, Вселенная с другими фундаментальными константами в принципе все еще может содержать тяжелые элементы, в то время как все ее жидкости окажутся столь же вязкие, как смола, что не сможет привести к образованию жизни.

Он описывает дополнительную настройку, необходимую для создания благоприятной для жизни вязкости, как «излишнюю» в ранней Вселенной, указывая на то, что точные значения констант нужно было запечь по крайней мере 10 миллиардов лет назад – задолго до того, как появились какие-либо намеки на то, как может выглядеть жизнь. «Это все равно, что просить шеф-повара подобрать нужные ингредиенты для изысканного блюда, прежде чем вы решите, что это будет за блюдо», — говорит он.

Именно такое понимание, по его словам, побудило его рассмотреть эволюционный механизм. Он признает, что детали любого механизма на данном этапе весьма схематичны, как с точки зрения того, как константы могут измениться, так и с точки зрения того, какое эволюционное давление придется выдержать, чтобы одни ценности были предпочтительнее других. Он говорит только, что определенный набор физических констант начнет благоприятствовать возникновению новой физической «структуры», которая бы выдержала испытание временем, если бы имела устойчивые свойства.