今天在《科學(xué)進展》上看到一篇有趣的論文，和大家分享一下。這篇論文探討了基本物理常數(shù)的起源和取值問題，以及它們與生命存在的可能性之間的關(guān)系。

作者從凝聚態(tài)物理和液體物理的角度提出了一個新的見解：基本物理常數(shù)有一個生命友好的窗口，受到生命友好的粘度和擴散的限制，這些粘度和擴散決定了細胞內(nèi)外的生命過程中的運動。作者還展示了如何在保持精細結(jié)構(gòu)常數(shù)和質(zhì)子-電子質(zhì)量比不變的情況下，改變粘度、擴散和生化機器中的基本速度梯度的界限，而不影響恒星中重元素的產(chǎn)生。這導(dǎo)致了一個多重調(diào)節(jié)和進化機制的猜想。

首先，我們要知道什么是基本物理常數(shù)。它們是一些在自然界中不隨時間、空間或其他因素而改變的數(shù)值，例如光速、普朗克常數(shù)、引力常數(shù)等。它們決定了物質(zhì)、能量、空間和時間的性質(zhì)和相互作用。我們可以把它們看作是自然界的“調(diào)音器”，它們調(diào)節(jié)著自然界的“樂曲”。如果它們有不同的值，那么自然界就會發(fā)出不同的“聲音”，或者根本沒有“聲音”。

但是，我們并不知道為什么基本物理常數(shù)有它們現(xiàn)在的值，也不知道它們是否可以有其他可能的值。有些人認(rèn)為它們是完全隨機或任意的，有些人認(rèn)為它們是由某種更深層次的理論或原理所決定或限制的。有些人甚至認(rèn)為它們是為了適應(yīng)生命或觀察者而特別設(shè)定或調(diào)整的，這就是所謂的人擇原理。

人擇原理認(rèn)為，在所有可能存在的世界中，只有那些能夠產(chǎn)生生命或觀察者的世界才能被我們觀察到。因此，我們所觀察到的基本物理常數(shù)必須在一個合適的范圍內(nèi)，使得生命或觀察者能夠存在。如果基本物理常數(shù)稍微偏離這個范圍，那么我們所熟悉的物質(zhì)、能量、空間和時間就會發(fā)生根本性的變化，導(dǎo)致生命或觀察者無法形成或存活。

例如，如果引力常數(shù)稍微增大一點點，那么恒星就會過早地坍縮成黑洞，無法產(chǎn)生重元素；如果引力常數(shù)稍微減小一點點，那么恒星就無法點燃核反應(yīng)，無法發(fā)出光和熱；如果電子電荷稍微增大一點點，那么氫原子就無法穩(wěn)定存在，無法形成水分子；如果電子電荷稍微減小一點點，那么氫原子就會過于穩(wěn)定，無法形成其他元素。這些例子說明，基本物理常數(shù)必須在一個很窄的區(qū)間內(nèi)，才能使得生命所需的化學(xué)元素和反應(yīng)能夠發(fā)生。

但是，這些例子都是從高能物理、天文學(xué)和宇宙學(xué)的角度來考慮的，它們涉及到核反應(yīng)、恒星、行星等高溫、高壓、高速度的過程。它們只是告訴我們，為了讓生命有可能存在，基本物理常數(shù)必須滿足一些條件，使得生命所需的重元素能夠在恒星中產(chǎn)生。但是，這并不意味著一旦重元素產(chǎn)生了，生命就一定會出現(xiàn)。事實上，在重元素和生命之間，還有很多其他的過程和條件，它們涉及到低能物理、凝聚態(tài)物理和液體物理等低溫、低壓、低速度的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域中的過程和條件也受到基本物理常數(shù)的影響，也可能對生命的存在有重要的作用。

這就是這篇論文要探討的問題：基本物理常數(shù)是否還有其他的限制或調(diào)節(jié)，除了使得重元素能夠產(chǎn)生之外，還要使得生命能夠運行。作者認(rèn)為，答案是肯定的。他指出了兩個在生命過程中非常重要的物理量：粘度和擴散。粘度是液體或氣體流動時所受到的阻力，擴散是分子或離子在液體或氣體中由于熱運動而發(fā)生的混合。這兩個物理量決定了細胞內(nèi)外的運輸和交換，例如氧氣、水分、營養(yǎng)物質(zhì)、廢物等。如果粘度和擴散太大或太小，那么這些運輸和交換就會受到阻礙或失控，導(dǎo)致細胞無法正常工作或存活。

作者計算了粘度和擴散的界限，使得細胞內(nèi)外的運輸和交換能夠在合適的時間尺度內(nèi)完成。他發(fā)現(xiàn)，這些界限對基本物理常數(shù)有一定的約束。如果基本物理常數(shù)偏離它們現(xiàn)在的值太多，那么粘度和擴散就會超出這些界限，導(dǎo)致細胞無法運行。因此，基本物理常數(shù)必須在一個生命友好的窗口內(nèi)，使得粘度和擴散保持在一個合適的范圍內(nèi)。

作者還發(fā)現(xiàn)，這個生命友好的窗口并不唯一。也就是說，在保持精細結(jié)構(gòu)常數(shù)和質(zhì)子-電子質(zhì)量比不變的情況下（因為它們對重元素的產(chǎn)生很重要），可以改變其他一些基本物理常數(shù)（例如普朗克常數(shù)、引力常數(shù)等），同時改變粘度和擴散的界限，而不影響重元素的產(chǎn)生。這就意味著，有很多種可能的物理世界，它們都能同時滿足生命友好的條件。但是，這些物理世界并不完全相同。它們之間有一些微妙的差別，例如液體或氣體的流動性、分子或離子的混合速度、生化機器中的基本速度梯度等。這些差別可能對生命的形式和功能有一定的影響。

作者提出了一個猜想，認(rèn)為這些差別可能是一種多重調(diào)節(jié)和進化機制的體現(xiàn)。也就是說，在不同的物理世界中，生命可能會通過調(diào)節(jié)自身的結(jié)構(gòu)和行為，來適應(yīng)不同的粘度和擴散條件，從而達到最佳的運輸和交換效率。這種調(diào)節(jié)可能會導(dǎo)致生命在不同的物理世界中表現(xiàn)出不同的形態(tài)和特征。例如，在粘度較高的物理世界中，生命可能會傾向于形成較小或較薄的細胞，以減少流動阻力；在擴散較慢的物理世界中，生命可能會傾向于形成較大或較厚的細胞，以增加交換面積。這種進化可能會使得生命在不同的物理世界中具有不同的多樣性和復(fù)雜性。

作者還指出了一些可能的實驗方法，來驗證他的猜想。例如，可以通過改變溫度、壓力、溶劑等因素，來模擬不同的粘度和擴散條件，然后觀察生命在這些條件下的反應(yīng)和變化。也可以通過比較地球上不同環(huán)境中生命的形式和功能，來尋找粘度和擴散對生命影響的線索。作者認(rèn)為，這些實驗方法可以為我們提供一些關(guān)于基本物理常數(shù)、粘度、擴散和生命之間關(guān)系的新見解。