Wie eine Tasse Wasser die Geheimnisse unseres Universums entschlüsseln kann

23. August 2023

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von Queen Mary, University of London

Forscher der Queen Mary University of London haben eine Entdeckung gemacht, die unser Verständnis des Universums verändern könnte. In ihrer in Science Advances veröffentlichten Studie zeigen sie erstmals, dass es einen Bereich gibt, in dem grundlegende Konstanten variieren können, die die Viskosität ermöglichen, die für Lebensprozesse innerhalb und zwischen lebenden Zellen erforderlich ist. Dies ist ein wichtiger Teil des Puzzles, um zu bestimmen, woher diese Konstanten kommen und wie sie sich auf das Leben, wie wir es kennen, auswirken.

Im Jahr 2020 stellte dasselbe Team fest, dass die Viskosität von Flüssigkeiten durch grundlegende physikalische Konstanten bestimmt wird, die eine Grenze dafür setzen, wie flüssig eine Flüssigkeit sein kann. Nun wird dieses Ergebnis in den Bereich der Lebenswissenschaften übertragen.

Grundlegende physikalische Konstanten prägen das Gefüge des Universums, in dem wir leben. Physikalische Konstanten sind Größen mit einem Wert, von dem allgemein angenommen wird, dass er sowohl universeller Natur ist als auch im Laufe der Zeit unverändert bleibt – zum Beispiel die Masse des Elektrons. Sie steuern Kernreaktionen und können zur Bildung lebenswichtiger molekularer Strukturen führen, ihr Ursprung ist jedoch unbekannt. Diese Forschung könnte Wissenschaftler der Bestimmung, woher diese Konstanten kommen, einen Schritt näher bringen.

„Zu verstehen, wie Wasser in einem Becher fließt, hängt eng mit der großen Herausforderung zusammen, grundlegende Konstanten herauszufinden. Lebensprozesse in und zwischen lebenden Zellen erfordern Bewegung, und es ist die Viskosität, die die Eigenschaften dieser Bewegung bestimmt. Wenn sich grundlegende Konstanten ändern, Die Viskosität würde sich zu stark verändern und Auswirkungen auf das Leben haben, wie wir es kennen. Wenn beispielsweise Wasser so viskos wäre wie Teer, würde das Leben in seiner jetzigen Form nicht oder überhaupt nicht existieren. Dies gilt auch über Wasser hinaus, also für alle Lebensformen, die den flüssigen Zustand nutzen, um zu funktionieren betroffen wäre.“

„Jede Änderung der Grundkonstanten, einschließlich einer Zunahme oder Abnahme, wäre gleichermaßen eine schlechte Nachricht für den Fluss und das Leben auf Flüssigkeitsbasis. Wir gehen davon aus, dass das Fenster ziemlich eng ist: Beispielsweise würde die Viskosität unseres Blutes für den Körper zu dick oder zu dünn werden „Das funktioniert mit nur wenigen Prozent Änderungen einiger Grundkonstanten wie der Planck-Konstante oder der Elektronenladung“, sagte Physikprofessor Kostya Trachenko.

Überraschenderweise wurde angenommen, dass die Grundkonstanten vor Milliarden von Jahren so angepasst wurden, dass schwere Kerne in Sternen entstehen, und damals gab es kein Leben, wie wir es heute kennen. Zu diesem Zeitpunkt bestand keine Notwendigkeit, diese Konstanten fein abzustimmen, um auch Milliarden von Jahren später zelluläres Leben zu ermöglichen, und dennoch erweisen sich diese Konstanten als biofreundlich für den Fluss in und zwischen lebenden Zellen.

Eine begleitende Vermutung besagt, dass mehrere Abstimmungen beteiligt gewesen sein könnten, was dann auf eine Ähnlichkeit mit der biologischen Evolution schließen lässt, bei der Merkmale unabhängig voneinander erworben wurden. Durch evolutionäre Mechanismen können grundlegende Konstanten das Ergebnis davon sein, dass die Natur zu nachhaltigen physischen Strukturen gelangt. Es bleibt abzuwarten, wie die Prinzipien der Evolution hilfreich sein können, um den Ursprung grundlegender Konstanten zu verstehen.

Mehr Informationen: Kostya Trachenko, Einschränkungen grundlegender physikalischer Konstanten durch biofreundliche Viskosität und Diffusion, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh9024. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9024

Zeitschrifteninformationen:Wissenschaftliche Fortschritte

Zur Verfügung gestellt von Queen Mary, University of London