Étude reliant les constantes fondamentales de la physique à la viabilité de la vie

Le physicien Kostya Trachenko, de l'Université Queen Mary de Londres, a publié une analyse théorique suggérant que les constantes physiques fondamentales de l'univers sont contraintes par les exigences de la vie. L'étude, publiée dans Science Advances, indique que ces constantes doivent permettre aux liquides de s'écouler d'une manière qui soutient les processus biologiques à l'intérieur et entre les cellules. Selon la recherche, même des modifications relativement mineures de ces constantes pourraient altérer la viscosité des liquides au point d'empêcher des fonctions essentielles telles que le transport des nutriments et l'élimination des déchets.

Le lien entre la physique et la viscosité

Les constantes physiques fondamentales, telles que la masse et la charge électrique d'un électron et la constante de Planck, régissent le comportement des atomes, des liaisons chimiques et des réactions nucléaires. Bien que ces valeurs soient généralement considérées comme universelles et immuables, leurs origines spécifiques restent inconnues. Les travaux de Trachenko s'appuient sur une découverte de 2020 réalisée par ses collègues, selon laquelle ces constantes imposent une limite inférieure à la viscosité des liquides. La viscosité mesure la résistance d'un fluide à l'écoulement ; l'eau a une faible viscosité, tandis que le miel et le goudron ont une viscosité élevée.

La nouvelle analyse étend ce concept à la biologie. Chaque cellule vivante dépend du mouvement des molécules à travers un environnement liquide. La diffusion, propagation naturelle des particules dans un fluide, est cruciale pour les interactions chimiques requises par la vie. Si la viscosité de ces fluides était trop élevée, les matériaux vitaux ne pourraient pas se déplacer efficacement. Si elle était trop faible, l'écoulement contrôlé nécessaire aux fonctions biologiques pourrait être perturbé.

Trachenko a expliqué le lien dans l'étude : « Comprendre comment l'eau s'écoule dans une tasse s'avère étroitement lié au grand défi de déterminer les constantes fondamentales. Les processus de vie à l'intérieur et entre les cellules vivantes nécessitent un mouvement, et c'est la viscosité qui définit les propriétés de ce mouvement. Si les constantes fondamentales changeaient, la viscosité changerait également, affectant la vie telle que nous la connaissons. Par exemple, si l'eau avait la viscosité du goudron, la vie n'existerait pas sous sa forme actuelle, ou n'existerait tout simplement pas. Cela s'applique au-delà de l'eau, donc toutes les formes de vie utilisant l'état liquide pour fonctionner seraient affectées. »

Une fenêtre étroite pour la vie

La recherche suggère que la plage de constantes fondamentales compatibles avec la vie cellulaire est étroite. Trachenko a noté que des modifications de constantes telles que la constante de Planck ou la charge de l'électron pourraient avoir des conséquences biologiques significatives. « Toute modification des constantes fondamentales, qu'il s'agisse d'une augmentation ou d'une diminution, serait également une mauvaise nouvelle pour l'écoulement et pour la vie basée sur les liquides. Nous nous attendons à ce que la fenêtre soit assez étroite : par exemple, la viscosité de notre sang deviendrait trop épaisse ou trop fluide pour le fonctionnement du corps avec seulement quelques pour cent de changement de certaines constantes fondamentales telles que la constante de Planck ou la charge de l'électron », a-t-il déclaré.

Ces prédictions sont dérivées de modèles théoriques plutôt que d'expériences où les constantes ont été modifiées. Par conséquent, les limites précises que différentes formes de vie pourraient tolérer restent incertaines. Les résultats impliquent que les conditions de la vie impliquent plus que la simple capacité à former des étoiles et une chimie complexe ; les propriétés physiques des liquides imposent des exigences supplémentaires aux constantes de l'univers.

Implications pour le sang et les fluides complexes

Une étude complémentaire publiée en janvier 2025 dans The European Physical Journal E a examiné comment ces constantes influencent les fluides biologiques complexes, spécifiquement le sang. Contrairement à l'eau, le sang est un mélange de plasma, de globules rouges et de plaquettes. Sa viscosité dépend des propriétés moléculaires et des interactions entre ces composants, telles que la formation de grappes de globules rouges qui augmentent la résistance à l'écoulement.

Les chercheurs ont constaté que malgré la complexité du sang, sa viscosité reste étonnamment proche d'une valeur théorique dérivée des constantes physiques de base. Ils ont proposé que les interactions entre les cellules sanguines proches impliquent des distances suffisamment petites pour que les effets moléculaires et quantiques soient pertinents. Cela suggère que l'estimation des constantes compatibles avec la vie nécessite de prendre en compte à la fois les propriétés intrinsèques des liquides et les effets créés par les interactions entre les cellules et les molécules.

Pourquoi c'est important

L'étude met en évidence une contrainte potentielle sur les lois physiques de l'univers qui va au-delà de la production d'éléments lourds dans les étoiles. Bien que les étoiles puissent créer des éléments comme le carbone et l'oxygène nécessaires à la vie, l'analyse de Trachenko montre qu'un univers pourrait produire ces ingrédients tout en ayant des liquides trop visqueux pour que les processus cellulaires fonctionnent. Cela soulève des questions sur la raison pour laquelle les lois fondamentales de la nature ont des valeurs qui semblent bien adaptées à l'existence de la vie. Trachenko a suggéré que plusieurs formes d'ajustement fin pourraient être impliquées, les valeurs permettant la production d'éléments lourds et celles permettant la vie basée sur les liquides représentant des exigences distinctes. Pour l'instant, cela reste un cadre théorique pour enquêter sur le lien entre les propriétés physiques de base de l'univers et les processus biologiques.

Sources (en anglais)

• sciencedaily.com: Scientists make stunning discovery that could help explain why life exists | ScienceDaily
• news.ssbcrack.com: Fundamental Constants of Physics May Determine the Possibility of Life in the Universe - SSBCrack News

Traduction réalisée par IA de l’article original en anglais, vérifiée automatiquement pour dire la même chose que l’original. Les sources ont été vérifiées en anglais.