Quel est le sens de la vie? Même les meilleurs d'entre nous ne pouvaient pas espérer répondre à cette question dans un article d'univers aujourd'hui. Mais il y a ceux qui essaieraient de « contraindre » Il, du moins en termes de physique. Un nouveau journal de Pankaj Mehta de l'Université de Boston de Jané Kondev de Brandeis qui a récemment été publié sur le arxiv Le serveur préalable examine comment les constantes fondamentales de la physique pourraient être appliquées à la vie telle que nous la connaissons – et même la vie telle que nous ne le savons pas encore. Leur idée ne donne pas nécessairement la réponse à la question ultime, mais elle lie bien deux champs apparemment disparates.
Leur travail a été inspiré par Victor Weisskopf, un physicien autrichien-américain qui a dérivé de nombreuses propriétés de la matière en les tirant de la « premiers principes » des constantes physiques qui sous-tendent notre univers. Son travail dans les années 1970 a également exclu les propriétés d'un type de matière extrêmement important – la vie. C'est là que les Drs. Mehta et Kondev sont intervenus.
Premièrement, ils ont dû définir « vie, » Ce qui, si vous demandez à quelqu'un impliqué dans la biologie, peut être un processus délicat en soi. Leur définition, qui pour expliquer l'idée que nous devrons accepter à sa valeur nominale, est que la vie est « Une nouvelle forme de matière auto-organisée non équilibrée dont la caractéristique déterminante est une auto-réplication à haute fidélité. » En d'autres termes, le sens de la vie est de se séparer perpétuellement de son environnement (au moins énergiquement) et de se reproduire.
Pour suivre cette définition, ils définissent en outre trois propriétés fondamentales de la vie qui « caractériser » il. Le premier est le « Rendement de croissance, » Ce qui définit la quantité de biomasse supplémentaire peut être produite par unité d'énergie (généralement un Joule). Le deuxième est le temps de doublement minimum – le plus rapide d'un organisme peut éventuellement doubler. Le troisième est le « Consommation d'énergie minimale en dormance, » qui mesure le montant de la vie énergétique pour maintenir son « séparation » de l'environnement et maintenir sa propre intégrité contre les forces du chaos – représentées par l'entropie dans la deuxième loi de la thermodynamique.
Selon l'article, chacune de ces propriétés fondamentales peut être dérivée des constantes physiques de l'univers – en particulier les lois de la théorie quantique et de la thermodynamique. Sur une échelle quantique, des constantes comme la constante de Planck, la masse d'un électron, la masse d'un proton et la vitesse de la lumière, peuvent définir des valeurs constantes de niveau plus élevées telles que le rayon Bohr (la taille d'un atome) et l'énergie Rydberg (énergie d'un électron). Les valeurs thermiques sont définies de manière similaire par la constante et la température de Boltzmann, tandis que le « Échelle de temps cinétique » qui peut être utilisé pour définir les échelles de temps pour la réplication biologique est basée sur une combinaison de valeurs constantes quantiques et thermiques.
Lors de la définition du « Rendement de croissance, » Les auteurs calculent une valeur idéalisée basée sur la masse d'un proton, la masse d'un électron, la vitesse de la lumière et la constante de structure fine, qui définit la force des interactions électromagnétiques entre les particules fondamentales comme le proton et l'électron. Ils calculent le rendement de croissance idéalisé comme quelque part autour du 8×10-7 G / Joule. Cependant, pour la vie à base de carbone, comme nous, cela ne resterait pas au nombre idéalisé et atteindrait environ 10-4 G / Joule – En ce qui concerne la valeur observée pour la vie à base de carbone sur Terre.
Le temps de doublement minimum, en revanche, pourrait être limité de deux manières. S'il y a beaucoup d'énergie à faire, le facteur limitant est la vitesse des réactions biochimiques qui permettent l'augmentation du nombre de cellules. D'un autre côté, s'il n'y a pas d'énergie abondante, le facteur de croissance est limité par la rapidité avec laquelle la vie peut collecter l'énergie pour se reproduire. Dans les deux cas, le modèle défini dans l'article qui est basé sur les constantes fondamentales prédit avec précision au moins l'échelle de la façon dont ces processus sont observés sur le terrain. Avec une énergie abondante, les bactéries peuvent doubler de taille en quelques centaines de secondes, tandis qu'avec une énergie limitée, cela pourrait les prendre entre des dizaines de jours à des centaines d'années pour doubler.
Combattre l'entropie tandis que dormant est un travail difficile pour une cellule, car il perd continuellement des ions qui gardent son « gradient d'ions » qui le différencie de son environnement. Ces ions s'échappent à travers « pores » dans la cellule qui se forment en raison de changements dans l'environnement thermique de la cellule. Ce mécanisme est basé à la fois sur les constantes thermiques et cinétiques décrites ci-dessus, et est calculée pour être d'environ 3 x 10-15 Watts / cellule. Encore une fois, cela s'aligne sur les valeurs expérimentales de 10-16 Avec cellule.
Avec toutes les valeurs du modèle s'alignant bien avec les valeurs expérimentales mesurées de ces marqueurs biologiques, les auteurs soulignent que leur prémisse fondamentale – que les lois de la physique imposent des contraintes à la vie cellulaire – semble valide. La plupart du temps, ce modèle est utile comme cadre pour voir comment la vie existe dans notre univers dans les mêmes lois physiques, et pourrait être utilisée pour aider la recherche de vie distincte de la nôtre. Il fait un excellent travail pour poursuivre et élargir la vision de Weisskopf d'un cadre complet du fond de la description de tout l'univers à partir des premiers principes – même ce processus capricieux appelé Life, qui manque encore d'un universel « signification » Peu importe le nombre de contraintes que nous y mettons.
