Voor het bestaan van leven zijn vloeistoffen nodig die niet te stroperig zijn, maar ook niet te vloeiend. Een natuurkundige stelt nu dat dat de mogelijkheden inperkt van de waarden die bepaalde natuurconstanten kunnen hebben.
Fundamentele natuurconstanten zijn getallen die altijd en overal hetzelfde zijn. Een voorbeeld is de (rust)massa van een elektron. Die is voor elektronen op aarde hetzelfde als voor elektronen in verre sterren.
In 2020 liet twee natuurkundigen zien dat je met drie natuurconstanten – de massa van een elektron, de massa van een proton en de zogeheten constante van Planck – een formule kunt opstellen die beschrijft hoe vloeiend of stroperig een vloeistof kan zijn. Nu heeft een van die twee natuurkundigen, Kostya Trachenko van de Queen Mary Universiteit van Londen, een verband gelegd tussen natuurconstanten en het bestaan van leven.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Water in een kopje
Er is iets geks aan de hand met de waarden van natuurconstanten. Ze lijken perfect afgestemd voor een heelal dat leven mogelijk maakt. Waren ze net een beetje anders, dan hadden sterren bijvoorbeeld niet kunnen ontstaan, of had het universum zo kort bestaan dat er geen tijd was geweest om leven te vormen. En het is onduidelijk waarom de natuurconstanten precies die gunstige waarden voor het ontstaan van leven hebben.
Op zoek naar een verklaring voor die waarden kijkt Trachenko naar het vloeien van vloeistoffen. ‘Begrijpen hoe water stroomt in een kopje blijkt nauw samen te hangen met de grote uitdaging om fundamentele constanten te begrijpen’, zegt hij in een persverklaring. Vloeistofstromen zijn namelijk belangrijk voor processen in en tussen levende cellen, zoals het transport van moleculen en celdeling. En op grotere schaal speelt het bijvoorbeeld een rol in de bloedsomloop of sapstromen in bomen.
Biovriendelijke natuurconstanten
Volgens Trachenko verandert de stroperigheid (of viscositeit) van vloeistoffen als fundamentele constanten veranderen. En dat zou invloed hebben op het leven zoals wij dat kennen. Trachenko: ‘Als water bijvoorbeeld zo stroperig zou zijn als teer, dan zou het leven in zijn huidige vorm niet bestaan of leven zou helemaal niet bestaan.’ Elke verandering in fundamentele constanten zou daarom slecht nieuws zijn voor het leven.
Trachenko stelt dat er daarbij weinig speling is: slechts een kleine verandering van natuurconstanten, zoals bijvoorbeeld de constante van Planck, zou ons bloed zo stroperig maken dat het niet meer zijn werk kan doen in ons lichaam. Hieruit leidt hij af dat er een beperkt ‘biovriendelijk’ bereik is waarbinnen de waarden van de natuurconstanten kunnen variëren als je wilt dat er leven kan ontstaan.
Hoewel hij het een vernieuwende blik op natuurconstanten vindt, merkt de niet-betrokken natuurkundige Fred Adams, van de Universiteit van Michigan, in het vakblad Physics World op dat het genoemde biovriendelijke bereik misschien tekort schiet. Er is namelijk nog niet genoeg biologische kennis om te bepalen hoe stroperig of vloeiend vloeistoffen precies mogen zijn om leven mogelijk te maken.
Evolutie
Het heersende idee is dat natuurconstanten al ruim tien miljard jaar, sinds het begin van het heelal zoals wij dat kennen, constant zijn – zoals hun naam doet vermoeden. Dat is opmerkelijk, omdat dat zou betekenen dat hun waarden lang voordat er leven ontstond al afgestemd waren op dat leven. Daarentegen zou je ook kunnen stellen dat leven mettertijd juist is ontstaan doordat de constanten zijn zoals ze zijn.
Trachenko heeft ook gekeken naar de variabiliteit van natuurconstanten bij andere aspecten van het universum. Daaruit bleek dat het ontstaan van zware elementen in sterren ook afhankelijk is van de waarden van een aantal constanten. Hier bleek er meer variatie mogelijk, mits je de verhouding tussen bepaalde constanten – zoals de verhouding tussen de massa van het elektron en die van het proton – gelijk houdt.
Dat leidde Trachenko tot een speculatief idee dat hij aan het einde van zijn publicatie presenteert. Daar stelt hij voor dat de waarden van de natuurconstanten in de loop der tijd veranderd kunnen zijn via een evolutieachtig proces, vergelijkbaar met biologische evolutie. De biovriendelijke waarden zouden dan gevormd zijn zoals evolutionaire veranderingen van lichtgevoelige cellen leidden tot het ontstaan van onze ogen, stelt Trachenko. Of deze kijk inzicht geeft in het ontstaan van natuurconstanten valt nog te bezien.
