科学家可能揭示了生命究竟为何存在的惊人秘密。一项新研究表明，宇宙的基本常数——即支配从原子到恒星万事万物的深层物理法则——似乎处于一个极窄的“最佳区间”内，使得液体能够在活细胞内正常流动。这些常数即使发生极微小的偏移，也可能导致血液变得过于粘稠、水变得过于粘滞，或致使细胞运动无法进行，从而可能毁灭我们所知的生命。
这项发表于2023年《科学进展》的研究，建立在物理学家Kostya Trachenko及其同事早期工作的基础上，该工作表明液体粘度与基本物理常数直接相关。那一发现确立了液体“稀薄”程度的下限。这项较新的研究将这一思想扩展到了生物学领域，探讨塑造宇宙的物理规则是否也可能悄然决定了细胞能否发挥功能。
为何液体流动对生命至关重要
生命依赖于微观尺度的运动。营养物质必须在细胞间运输，蛋白质需要正确折叠，分子不断在水环境中扩散。所有这些都依赖于粘度，这一属性决定了液体流动的难易程度。
研究人员表示，宇宙似乎在一个惊人狭窄的“适宜生物生存”窗口内运行，在此范围内粘度和扩散保持适合生命的状态。如果支配物理学的常数仅发生百分之几的偏移，对生物学至关重要的液体可能会变得显著更稠或更稀。
“理解水在杯子中如何流动，结果证明与弄清基本常数这一重大挑战密切相关。活细胞内部和之间的生命过程需要运动，而正是粘度设定了这种运动的属性。如果基本常数发生变化，粘度也会随之改变，从而影响我们所知的生命。例如，如果水的粘度像焦油一样高，生命将无法以当前形式存在，或者根本无法存在。这不仅适用于水，因此所有利用液态进行运作的生命形式都会受到影响。”
该团队表示，其后果将远不止于饮用水或海洋。人类的血液、细胞液以及驱动生命的化学反应都依赖于精细平衡的流动特性。
“基本常数的任何变化，无论是增加还是减少，对于流动和基于液体的生命来说都是坏消息。我们预计这个窗口相当狭窄：例如，只要某些基本常数（如普朗克常数或电子电荷）发生百分之几的变化，我们血液的粘度就会变得过稠或过稀，从而无法维持身体机能。”物理学教授Kostya Trachenko说道。
宇宙微调的新视角
物理学家长期以来一直在争论为何宇宙常数看起来经过了微调。电子电荷或基本力强度等数值的微小差异，都可能阻止恒星形成行星和生命所需的重元素。
这项研究的独特之处在于，它将讨论从恒星和星系转移到了活细胞层面。先前的微调论证通常集中在恒星内部的核反应上。这项工作指出，即使恒星和重元素仍然能够形成，如果液体无法在生物体内正常流动，生命可能依然无法存在。
这引入了微调的第二个层面。这些常数不仅看起来与充满物质的宇宙相容，而且与依赖精细液体动力学的生物系统相容。
研究人员甚至提出，可能发生了多个阶段的微调。在论文中，Trachenko将这种可能性比作生物进化，即特征随时间独立显现。这一想法仍属推测，但它提出了一种可能性，即自然可能以科学家尚未完全理解的方式倾向于稳定的物理结构。
后续研究扩展了这一观点
自最初发表以来，科学家们继续探索粘度、扩散和流体行为如何与基础物理学相联系。后续的理论工作回顾了细胞内的液体运动如何对物理常数的数值施加额外的限制，特别是在涉及分子马达等生化“机器”的系统中。
其他研究人员还考察了粘度本身可能如何源于更深层的物理定律。一项2023年的分析强调了越来越多的证据，表明液体粘度可能与普遍的物理极限有关，而不仅仅是在实验室中测量的一种属性。
这些研究共同正在帮助重塑一个古老的科学谜题。科学家们不再仅仅通过宇宙学和粒子物理学的视角来看待自然常数，而是越来越多地探讨流动液体和功能细胞所需的条件是否也应成为等式的一部分。
物理学和生物学的联系是否比我们想象的更紧密？
这一观点仍具有高度理论性，许多物理学家会提醒说，对于为何自然常数具有其观测值，目前尚无公认的解释。但这项研究为思考科学界最大的问题之一开辟了一条意想不到的路径。
几十年来，基本常数之谜主要通过黑洞、恒星和亚原子粒子进行探索。这项工作表明，答案可能也涉及更接近日常生活的事物：液体流经活细胞的简单能力。