关键词：基本物理常数，液体物理学，凝聚态物理，生命过程，自然演化



论文题目：Constraints on fundamental physical constants from bio-friendly viscosity and diffusion
期刊名称：Science Advances
论文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9024

一些基本物理常数的值被认为是精细调节和平衡的，以产生我们的可观测世界。例如，需要夸克质量之间的精细平衡以产生质子和中子，以及在恒星中产生重核，这取决于精细结构常数 α=𝑒2/ℏ𝑐≈1/137（其中𝑒为电子电荷，𝑐为光速）和质子质量与电子质量之比 β=𝑚p/𝑚e≈1836。这些和其他例子表明，参数空间（α,β）中存在一个狭窄的“宜居带”，在这个区域中可以形成重要的生化元素。因此，基本常数被称为“生物友好”的。试图理解基本常数、它们的平衡和调节，引发了“人择原理”的出现。

对基本物理常数及其精细调节的约束的讨论涉及不同尺度的高能过程，通常以恒星中重核的产生而结束。这涉及一个默认的假设，即一旦产生重核，观察者就会出现。然而，原子核与观察者之间存在约15个数量级的尺度差异。许多生命过程，包括蛋白质、RNA、活细胞的形成等，都在凝聚态物理所考虑的长度和能量尺度上进行。由于它们的复杂性和多样性，过去认为这些过程无法通过物理模型来描述，因而也就无法将它们与基本物理常数关联起来并对其施加生物友好的约束。挑战在于拥有一个既广泛适用、又足够具体可以连接生命过程与基本常数的物理模型。

这项研究展示了一个来自凝聚态物理、特别是液体物理学的意想不到的洞见：基本常数具有一个生物友好的窗口，受到生物友好的黏度和扩散的约束，设定了细胞内和跨细胞的重要生命过程中的运动。研究者还展示了在保持精细结构常数α和质子对电子质量比β不变的情况下，生化机器中的黏度、扩散和基本速率梯度的界限都可能变化，而不会影响恒星内重核的产生。这导致了多种调谐和演化机制的猜想。

图1. 液体性质，如黏度和剪切弹性，与高能粒子之间具有依赖关系，表明了遥远的恒星起源的历史。图像显示了在水中留下的热痕迹，说明了液体中的远程相互作用力。｜图片来源：P. Baroni, M. Warburton, and L. Noirez.



编译｜梁金

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