科学家惊人发现：生命为何存在？

科学家发现，物理学基本规律与生命能否存在之间，存在一条不同寻常的联系。他们的结果表明，如果宇宙中最基本的一些物理常数发生相对较小的改变，就可能大幅改变液体流动方式，从而使细胞内和细胞之间那些维持生命所必需的生理过程无法进行。这项研究发表在《科学进展》上，提出者是伦敦玛丽女王大学的物理学家科斯坦·特拉琴科。他的理论分析表明，基本物理常数不仅要能形成原子、恒星和重元素，还必须允许液体以支持生命的方式流动。这个发现引出一个深刻问题：为什么自然界的各种基本常数，看起来如此适合生命存在？

塑造宇宙的基本常数

基本物理常数是决定宇宙运行方式的一些数字，例如电子质量、电子电荷，以及普朗克常数。普朗克常数在量子力学中非常关键，量子力学研究极小尺度下物质和能量的行为。这些数值通常被认为在全宇宙中普遍适用，也不会随时间改变。它们不仅影响原子行为和化学键，也影响恒星内部的核反应。恒星靠核反应发光发热，并制造生命必需的元素。然而，科学家仍然不知道，为什么这些常数恰好是我们现在观察到的数值。

2020年，特拉琴科和同事发现了一个重要线索：基本物理常数给液体黏度设了一个下限。黏度描述一种流体有多“稠”、抵抗流动有多强。水黏度较低，容易流动；蜂蜜和焦油黏度更高，流动更慢。他们证明，流体能够自由流动的程度存在一个基本限制，而这个限制最终与自然基本常数有关。2023年的这项研究把这一联系进一步推向生命问题。

为什么微小的物理改变可能让生命不可能存在？

每一个活细胞都依赖分子运动。营养物质要送到需要它们的地方，代谢废物要被运走，大量化学反应也必须在液体环境中发生。扩散是另一个重要过程，指的是微粒在流体中自然散开。扩散帮助分子在细胞中移动，也促成许多生命所需的化学相互作用。如果细胞内液体的黏度发生太大变化，这些过程就会严重受阻：液体太稠，关键物质无法高效移动；液体太稀，也可能破坏生命功能所需的受控流动。

特拉琴科解释了这种看似意外的联系。他说，理解一杯水如何流动，和弄清基本物理常数为什么是这些值这一大难题，实际上密切相关。细胞内和细胞间的生命过程需要运动，而黏度决定这种运动的性质。如果基本常数改变，黏度也会改变，进而影响我们所知的生命。例如，如果水像焦油一样稠，生命可能无法以现在的形式存在，甚至根本无法存在。这种影响不只限于水；任何依靠液态环境运作的生命形式都可能受影响。

虽然已知生命都依赖水，宇宙其他地方可能有假想生命依赖别的液体。但只要它们依靠液体，基本物理规律同样会限制这些液体的行为。特拉琴科认为，允许细胞生命存在的物理常数范围可能意外地窄。任何改变，无论增大还是减小，对流动和以液体为基础的生命都可能是坏消息。例如，普朗克常数或电子电荷这类基本常数只要改变几个百分点，血液黏度就可能太稠或太稀，身体机能难以维持。不过，这些判断来自理论模型，而不是真实改变基本常数做实验，因此不同生命形式能容忍的确切界限仍不确定。

一个几十亿年形成的宇宙谜题

让这一发现更耐人寻味的是，影响液体流动的那些基本常数，也控制着恒星内部产生重元素的核反应。在最早的活细胞出现之前，恒星就已经制造出碳、氧等后来成为生命关键成分的元素。长期以来，物理学家一直在研究：这些控制核反应的常数必须落在哪些范围内，才能形成复杂物质？但能制造生命的化学原料，并不一定保证生命能够运作。

特拉琴科的分析显示，一些控制液体流动的物理性质发生变化时，不一定破坏恒星合成重核所需的常数组合。换句话说，一个假想宇宙也许仍能产生生命所需元素，但液体太稠，细胞过程无法运行。这意味着，支持生命所需的条件可能比“能形成恒星、行星和复杂化学”更多。液体的物理性质可能给宇宙基本常数加上额外要求。

后续研究揭示血液与基本物理的联系

原发现之后，研究继续推进。2025年1月，特拉琴科和同事在《欧洲物理杂志E》发表后续研究，考察基本物理常数如何影响更复杂的生物液体，特别是血液。血液与水不同，它是由血浆、红细胞、血小板和其他成分构成的复杂混合物。它的黏度不仅取决于分子性质，也取决于这些成分之间的相互作用。

例如，红细胞可以聚集成团，增加流动阻力；当血液流动变快时，这些团块又可能散开，让血液更容易流动。这种行为使血液比简单液体复杂得多。研究却发现一个意外结果：尽管血液极其复杂，而且红细胞比原子大得多，但从基本物理尺度看，血液黏度仍然与由基本物理常数推导出的理论值惊人地接近。

研究者提出，紧邻血细胞表面之间的相互作用，可能有助于解释这种联系。虽然红细胞整体远大于原子，但当它们的表面彼此靠近时，作用发生的距离小到了足以让分子和量子效应参与的程度。2025年的分析还强调一个复杂点：估算哪些基本常数能与生命相容时，必须同时考虑液体由基本物理决定的内禀性质，以及细胞和分子之间相互作用带来的额外影响。这些发现为研究宇宙基本物理性质与依赖它们的生物过程提供了更细致框架。

物理定律会演化吗？

这项研究还指向更深的谜：为什么基本常数的数值，能让如此多的不同物理过程协同工作？特拉琴科提出一种推测：宇宙可能涉及多重精细调谐。允许恒星制造重元素的数值，和允许液体支持细胞生命的数值，可能是彼此不同的要求。他用生物演化作类比：不同的有用特征可以通过不同过程出现。也许存在某种更广义的演化原则，能解释自然界如何形成既能支持稳定结构、又能支持越来越复杂系统的物理性质组合。

目前，这仍然只是猜想。科学家还没有证明基本常数会通过某种机制演化，也还没有解释它们为什么拥有观察到的数值。但液体流动与基本物理之间的这种联系，确实提供了另一条路径，让人去探索科学中最重大的未解问题之一。像水在杯子里流动、血液在身体中循环这样普通的现象，也许正藏着答案：为什么宇宙拥有能让生命存在的物理性质。