Keď sa dnes pozeráme na vzduch, ktorý uniká z balóna, alebo na med, ktorý pomaly steká z lyžice, vidíme dva extrémy toho istého javu. História fyziky je do značnej miery príbehom hľadania čísel, ktoré tieto rozdiely riadia. Už v 17. storočí Newton formuloval zákony, ktoré určujú, ako sa kvapaliny a plyny pohybujú, no až moderná fyzika ukázala, že za ich správaním stoja univerzálne konštanty. Tie isté čísla, ktoré držia pohromade atómy a poháňajú jadrové reakcie v hviezdach, určujú aj to, či voda tečie dostatočne ľahko na to, aby v nej mohli prebiehať životné procesy.
Scientists make stunning discovery that could help explain why life exists.
Teoretický fyzik Kostya Trachenko z Queen Mary University of London v novej štúdii publikovanej v časopise Science Advances tvrdí, že hodnoty základných fyzikálnych konštánt musia spĺňať ďalšiu podmienku: musia umožniť, aby sa kvapaliny pohybovali spôsobom, ktorý podporuje život v bunkách a medzi nimi. Nejde o experiment, pri ktorom by vedci menili hodnoty konštánt, ale o teoretickú analýzu. Tá naznačuje, že aj pomerne malé zmeny niektorých konštánt by mohli výrazne zmeniť viskozitu kvapalín a narušiť biologické procesy.
Trachenko nadväzuje na svoju predchádzajúcu prácu. V roku 2020 spolu s kolegami ukázal, že základné fyzikálne konštanty stanovujú dolnú hranicu viskozity kvapalín. Viskozita vyjadruje, ako silno tekutina odporuje toku. Voda tečie ľahko, med alebo asfalt sú oveľa viskóznejšie a pohybujú sa pomaly. Vedci vtedy dokázali, že existuje fundamentálny limit toho, ako voľne môže tekutina tiecť, a tento limit je napokon spojený so základnými konštantami prírody. Štúdia z roku 2023 tento vzťah rozvinula smerom k biológii.
Každá živá bunka závisí od pohybu molekúl. Živiny sa musia dostať na miesto, kde sú potrebné, odpadové produkty musia byť odtransportované a nespočetné chemické reakcie musia prebiehať v kvapalnom prostredí. Dôležitý je aj difúzny pohyb, prirodzené rozptyľovanie častíc v tekutine, ktoré umožňuje molekulám pohybovať sa v bunkách a podieľať sa na chemických interakciách nevyhnutných pre život. Ak by sa viskozita týchto tekutín príliš zmenila, tieto procesy by sa mohli vážne narušiť. Príliš husté kvapaliny by mohli brániť účinnému pohybu dôležitých látok, ale aj príliš nízka viskozita by mohla narušiť kontrolované prúdenie potrebné pre biologické funkcie.
Trachenko to zhrnul takto: „Ukazuje sa, že pochopenie toho, ako voda tečie v šálke, úzko súvisí s veľkou výzvou pochopiť fundamentálne konštanty. Životné procesy v bunkách a medzi nimi vyžadujú pohyb a práve viskozita určuje vlastnosti tohto pohybu. Ak sa fundamentálne konštanty zmenia, zmení sa aj viskozita, čo ovplyvní život, ako ho poznáme. Napríklad ak by voda bola viskózna ako asfalt, život by v súčasnej podobe neexistoval, alebo by neexistoval vôbec. To platí nielen pre vodu, takže všetky formy života, ktoré fungujú na báze kvapalného stavu, by boli ovplyvnené.“
Dôsledky presahujú rámec vody. Hoci všetok známy život závisí od vody, hypotetické organizmy inde vo vesmíre by mohli využívať iné kvapaliny. Tie isté fyzikálne obmedzenia by však stále ovplyvňovali ich správanie. Trachenko naznačuje, že rozsah konštánt zlučiteľných s bunkovým životom by mohol byť prekvapivo úzky. „Akákoľvek zmena fundamentálnych konštánt, vrátane zvýšenia alebo zníženia, by bola rovnako zlou správou pre tok a pre život založený na kvapalinách. Očakávame, že okno bude pomerne úzke: napríklad viskozita našej krvi by sa pri zmene niektorých fundamentálnych konštánt, ako je Planckova konštanta alebo náboj elektrónu, už pri niekoľkých percentách stala príliš hustou alebo príliš riedkou na to, aby telo fungovalo,“ uviedol.
Tieto predpovede vychádzajú z teoretických modelov, nie z experimentov, v ktorých by vedci skutočne menili fundamentálne konštanty. Presné hranice, ktoré by rôzne formy života dokázali tolerovať, zostávajú neisté.
Prečo je objav dôležitý: od hviezd k bunkám
Na objave je pozoruhodné, že tie isté fundamentálne konštanty, ktoré ovplyvňujú tok kvapalín, riadia aj jadrové reakcie zodpovedné za vznik ťažkých prvkov vo hviezdach.
Scientists make stunning discovery that could help explain why life exists.
Dávno predtým, ako sa objavili prvé živé bunky, hviezdy produkovali prvky ako uhlík a kyslík, ktoré sa neskôr stali nevyhnutnými zložkami živých organizmov. Fyzici už dlho skúmajú, či konštanty riadiace tieto jadrové procesy musia spadať do určitých rozmedzí, aby mohla existovať komplexná hmota. Schopnosť vytvoriť chemické zložky života však ešte nemusí zaručovať, že život môže fungovať.
Trachenkova analýza ukázala, že niektoré fyzikálne vlastnosti riadiace tok kvapalín by sa mohli meniť bez toho, aby narušili kombinácie konštánt potrebných na produkciu ťažkých jadier v hviezdach. Inými slovami, hypotetický vesmír by stále mohol produkovať prvky potrebné pre život, a zároveň mať kvapaliny také viskózne, že bunkové procesy by nemohli fungovať. To znamená, že podmienky potrebné na podporu života môžu zahŕňať viac než len schopnosť vytvárať hviezdy, planéty a komplexnú chémiu. Fyzikálne vlastnosti kvapalín by mohli na fundamentálne konštanty vesmíru klásť ďalšie požiadavky.
Ako funguje viskozita a prečo je pre život kľúčová
Viskozita je miera odporu tekutiny voči toku.
Scientists make stunning discovery that could help explain why life exists.
Predstavte si, že sa snažíte prejsť cez bazén naplnený medom namiesto vody. Každý pohyb je pomalší, ťažší a vyžaduje viac energie. V bunkách je to podobné: molekuly sa musia pohybovať, stretávať a reagovať v kvapalnom prostredí. Ak je prostredie príliš husté, difúzia sa spomalí natoľko, že životne dôležité látky sa nedostanú tam, kam majú, alebo sa hromadia na nesprávnych miestach. Naopak, príliš riedka kvapalina môže spôsobiť, že sa látky rozptýlia príliš rýchlo a kontrolované procesy sa narušia.
Trachenko a jeho kolegovia zistili, že viskozita kvapalín nie je len praktickou vlastnosťou, ale je hlboko prepojená so základnými konštantami vesmíru. Ak by sa napríklad zmenila Planckova konštanta alebo náboj elektrónu, zmenila by sa aj viskozita vody a krvi. To by mohlo viesť k tomu, že krv by bola príliš hustá alebo príliš riedka na to, aby telo fungovalo. Tento poznatok je dôležitý nielen pre pochopenie nášho vesmíru, ale aj pre úvahy o možnostiach života inde.
Praktické dôsledky: čo to znamená pre hľadanie života
Ak sú fundamentálne konštanty vyladené tak, aby umožňovali správnu viskozitu kvapalín, potom to zužuje podmienky, za ktorých môže vzniknúť život, ako ho poznáme.
Scientists make stunning discovery that could help explain why life exists.
To má praktický dôsledok pre astrobiológiu: pri hľadaní života inde vo vesmíre nestačí hľadať len vodu a správne chemické prvky. Je potrebné zvážiť aj to, či by tamojšie kvapaliny mohli podporovať bunkové procesy. Trachenko naznačuje, že okno konštánt zlučiteľných so životom môže byť úzke, čo znamená, že aj mierne odlišné vesmíry by mohli byť pre život nehostinné, aj keď by inak mali hviezdy, planéty a vodu.
Tento poznatok zároveň neznamená, že život nemôže existovať v iných formách. Ide o teoretické modely, ktoré sa zameriavajú na život založený na kvapalnom stave. Ak by niekto objavil formu života, ktorá nevyužíva kvapaliny, tieto závery by sa naň nemuseli vzťahovať. Zatiaľ však všetok známy život na Zemi na kvapalinách závisí.
Krv ako komplikovanejší prípad
Výskum pokračoval aj po pôvodnom objave.
Scientists make stunning discovery that could help explain why life exists.
V následnej štúdii publikovanej v januári 2025 v časopise The European Physical Journal E sa Trachenko a jeho kolegovia pozreli na to, ako fundamentálne fyzikálne konštanty ovplyvňujú zložitejšie biologické tekutiny, najmä krv. Krv nie je jednoduchá kvapalina. Obsahuje plazmu, červené krvinky, krvné doštičky a ďalšie zložky. Jej viskozita závisí nielen od molekulových vlastností, ale aj od toho, ako tieto zložky navzájom interagujú. Napríklad červené krvinky môžu vytvárať zhluky, ktoré zvyšujú odpor voči toku. Keď sa krv pohybuje rýchlejšie, tieto zhluky sa môžu rozpadnúť a krv tečie ľahšie.
Vedci zistili niečo nečakané. Napriek obrovskej zložitosti krvi a pomerne veľkej veľkosti červených krviniek zostáva jej viskozita prekvapivo blízko teoretickej hodnote odvodenej od základných fyzikálnych konštánt. Navrhli, že tento vzťah môže súvisieť s interakciami medzi tesne umiestnenými krvinkami. Hoci sú červené krvinky oveľa väčšie ako atómy, sily pôsobiace v miestach, kde sa ich povrchy približujú, zahŕňajú vzdialenosti dostatočne malé na to, aby hrali úlohu molekulové a kvantové efekty.
Analýza z roku 2025 tiež zdôraznila dôležitú komplikáciu. Odhadnúť, ktoré fundamentálne konštanty sú zlučiteľné so životom, si vyžaduje zohľadniť tak vnútorné vlastnosti kvapalín určené fundamentálnou fyzikou, ako aj dodatočné efekty vznikajúce interakciami medzi bunkami a molekulami. Tieto zistenia ponúkajú podrobnejší rámec na skúmanie spojenia medzi základnými fyzikálnymi vlastnosťami vesmíru a biologickými procesmi, ktoré od nich závisia.
Mohli by sa fyzikálne zákony vyvíjať?
Výskum tiež poukazuje na hlbšiu záhadu: prečo majú fundamentálne konštanty hodnoty, ktoré umožňujú fungovanie toľkých rôznych fyzikálnych procesov súčasne? Jedna špekulatívna možnosť, ktorú Trachenko uvádza, je, že ide o viacnásobné vyladenie. Hodnoty, ktoré umožňujú hviezdam vytvárať ťažké prvky, a hodnoty, ktoré umožňujú kvapalinám podporovať bunkový život, môžu predstavovať oddelené požiadavky. Navrhuje zaujímavú analógiu s biologickou evolúciou, v ktorej sa rôzne užitočné vlastnosti môžu objaviť prostredníctvom oddelených procesov. Možno by nejaký širší evolučný princíp mohol pomôcť vysvetliť, ako príroda dospeje ku kombináciám fyzikálnych vlastností schopných podporovať stabilné štruktúry a čoraz zložitejšie systémy.
Zatiaľ to zostáva konšpiráciou. Vedci nepotvrdili, že fundamentálne konštanty sa vyvíjajú takýmto mechanizmom, ani neurčili, prečo majú pozorované hodnoty. Napriek tomu spojenie medzi tokom kvapalín a fundamentálnou fyzikou otvára ďalší spôsob skúmania jednej z najväčších nezodpovedaných otázok vedy. Niečo také obyčajné, ako voda tečúca pohárom alebo krv prúdiaca telom, môže skrývať stopy k pochopeniu, prečo má vesmír fyzikálne vlastnosti, ktoré umožňujú život.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
