Wie eine Tasse Wasser die Geheimnisse unseres Universums enthüllen kann

23. August 2023

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Korrektur gelesen von der 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 enthüllen sie zum ersten Mal, dass es einen Bereich gibt, in dem fundamentale Konstanten variieren können, was die Viskosität ermöglicht, die für Lebensprozesse innerhalb und zwischen lebenden Zellen erforderlich ist. Dies ist ein wichtiges Puzzlestück, um herauszufinden, woher diese Konstanten stammen und wie sie das Leben, wie wir es kennen, beeinflussen.

Im Jahr 2020 stellte dasselbe Team fest, dass die Viskosität von Flüssigkeiten durch fundamentale physikalische Konstanten bestimmt wird und somit eine Begrenzung für die Flüssigkeitseigenschaften darstellt. Nun wird dieses Ergebnis auf den Bereich der Lebenswissenschaften übertragen.

Fundamentale physikalische Konstanten prägen das Gefüge des Universums, in dem wir leben. Physikalische Konstanten sind Größen, deren Wert allgemein als universell und beständig über die Zeit angesehen wird - zum Beispiel die Masse des Elektrons. Sie beeinflussen nukleare Reaktionen und können zur Bildung von molekularen Strukturen beitragen, die für das Leben wesentlich sind, aber ihre Herkunft ist unbekannt. Diese Forschung könnte Wissenschaftler einen Schritt näher bringen, um herauszufinden, woher diese Konstanten stammen.

"Die Erkenntnis, wie Wasser in einer Tasse fließt, steht in engem Zusammenhang mit der großen Herausforderung, die fundamentalen Konstanten zu verstehen. Lebensprozesse in und zwischen lebenden Zellen erfordern Bewegung, und die Viskosität bestimmt die Eigenschaften dieser Bewegung. Wenn sich fundamentale Konstanten ändern, würde sich auch die Viskosität ändern und das Leben, wie wir es kennen, beeinflussen. Wenn beispielsweise Wasser so zähflüssig wie Teer wäre, könnte es in seiner jetzigen Form oder überhaupt nicht existieren. Dies gilt nicht nur für Wasser, sondern für alle Lebensformen, die den flüssigen Zustand zur Funktionsweise nutzen", sagte Professor für Physik Kostya Trachenko.

Überraschenderweise wurde angenommen, dass die fundamentalen Konstanten vor Milliarden von Jahren eingestellt wurden, um schwere Atomkerne in Sternen zu erzeugen, und zu diesem Zeitpunkt gab es noch kein Leben, wie wir es heute kennen. Es war nicht notwendig, diese Konstanten zu diesem Zeitpunkt so fein abzustimmen, dass sie auch später die Zelllebensfähigkeit ermöglichen, und dennoch stellen sich diese Konstanten als fließfreundlich in und zwischen lebenden Zellen heraus.

Eine begleitende Vermutung ist, dass möglicherweise mehrere Anpassungen erfolgt sind, was wiederum auf eine Ähnlichkeit zur biologischen Evolution hinweist, bei der Merkmale unabhängig voneinander erworben wurden. Durch evolutionäre Mechanismen könnten fundamentale Konstanten das Ergebnis sein, dass die Natur nachhaltige physikalische Strukturen entwickelt hat. Es bleibt abzuwarten, wie die Prinzipien der Evolution bei der Entstehung fundamentaler Konstanten hilfreich sein können.

Journalinformation: Science Advances

Bereitgestellt von der Queen Mary, University of London