一杯の水がどのようにして宇宙の秘密を解き明かすことができるのか

2023 年 8 月 23 日

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ロンドン大学クイーン・メアリー著

ロンドンのクイーン・メアリー大学の研究者は、宇宙に対する私たちの理解を変える可能性のある発見をしました。 Science Advances に掲載された彼らの研究では、基本定数が変化し得る範囲があり、生細胞内および生細胞間で生命プロセスが発生するために必要な粘度が許容されることを初めて明らかにしました。 これは、これらの定数がどこから来たのか、そしてそれらが私たちが知っている生活にどのように影響を与えるかを決定する上で、パズルの重要なピースです。

2020年、同じ研究チームは、液体の粘度が基本的な物理定数によって決定され、液体の粘度の限界が設定されることを発見しました。 現在、この結果は生命科学の領域に取り入れられています。

基本的な物理定数は、私たちが住む宇宙の構造を形作ります。物理定数とは、本質的に普遍的であり、時間の経過とともに変化しないと一般に信じられている値を持つ量です (たとえば、電子の質量)。 それらは核反応を支配し、生命に不可欠な分子構造の形成につながる可能性がありますが、その起源は不明です。 この研究により、科学者はこれらの定数がどこから来たのかを特定することに一歩近づく可能性があります。

「カップ内で水がどのように流れるかを理解することは、基本定数を解明するという壮大な課題と密接に関連していることが判明しました。生きた細胞内および細胞間の生命プロセスには動きが必要であり、この動きの特性を設定するのは粘度です。基本定数が変化すると、私たちが知っているように、粘度の変化は生命にあまりにも大きな影響を与えます。たとえば、水がタールと同じくらい粘度が高ければ、生命は現在の形では存在しないか、まったく存在しなくなるでしょう。これは水以外にも当てはまります。したがって、すべての生命体は液体の状態を利用して機能します影響を受けるだろう。」

「増加または減少を含む基本定数のいかなる変化も、血流にとっても、液体ベースの生命にとっても同様に悪いニュースとなるでしょう。私たちは、その範囲が非常に狭いと予想しています。たとえば、血液の粘度が体にとって濃すぎたり、薄すぎたりする可能性があります。」プランク定数や電子電荷などのいくつかの基本定数がわずか数パーセント変化するだけで機能するのです」と物理学のコスティア・トラチェンコ教授は語った。

驚くべきことに、基本定数は星の中で重い原子核を生成するために数十億年前に調整されたと考えられており、当時は今日私たちが知っているような生命は存在していませんでした。 この時点では、数十億年後の細胞生命を可能にするためにこれらの定数を微調整する必要はありませんでしたが、これらの定数は生きた細胞の中や細胞間を流れるのに生体に優しいことが判明しました。

付随する推測としては、複数の調整が関与している可能性があり、これは形質が独立して獲得された生物学的進化との類似性を示唆しています。 進化のメカニズムを通じて、基本的な定数は自然が持続可能な物理構造に到達した結果である可能性があります。 進化の原理が基本定数の起源を理解するのにどのように役立つかはまだわかっていません。

詳しくは： Kostya Trachenko、「生体に優しい粘度および拡散による基本的な物理定数の制約」、Science Advances (2023)。 DOI: 10.1126/sciadv.adh9024。 www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9024