基本物理常量塑造了我们所在的宇宙的结构，赋予了我们的宇宙独特的特征。这些物理常量具有一定的值，并且这些值通常被认为在自然界中是普适的，不会随着时间的推移而改变，比如电子的质量。许多基本物理常量的值，仿佛是为了核物质和生命的出现而被精细调节过一样。然而，物理学家们并无法解释为何这些常量拥有这些数值，也不知道要用什么样的理论来解释它们。理解基本物理常量以及它们的值，被认为是现代科学中最重大的问题之一。
在一项新发表于《科学进展》杂志的研究中，物理学家Kostya Trachenko提出了一种新的解释，或许能改变我们对宇宙的理解。他认为，我们宇宙中的基本常量的值有一个“生物友好”的“窗口”，这个窗口受液体的黏度限制，决定着细胞内和细胞间的基本生命过程的运动。
2020年，Trachenko与合作者Vadim Brazhkin就发表过一项研究，表明液体的黏度是由基本物理常量决定的。
黏度是衡量液体流动程度的一种指标，它被认为是不可能从理论上计算出来的，因为它强烈地依赖于液体的结构、组成和相互作用以及外部条件。诺奖得主温伯格（Steven Weinberg）曾把计算水的黏度的困难程度，比作计算塑造了我们的宇宙结构的基本物理常数。
在2020年的那项研究中，Trachenko和Brazhkin发展出了一个公式，表明一种液体的黏度，会在它从液体变为气体的温度下达到最小值。他们发现，使用普朗克常数（ħ）、电子质量（me）、分子质量（m），就可以表达运动黏度（νm，黏度与密度的比值）的最小值。
接着，他们通过将运动黏度乘以分子质量，提出了一个新的被称为“基本”黏度（lm）的值，其最小值是由普朗克常数（ħ）和无量纲的质子与电子的质量比（mp/me）决定的。这一结果意味着，所有液体的最小黏度都是简单而普适的。
用自然界的基本常量可以表示液体黏度的最小值。（图/thehackneycollective.com）
流体的流动对在细胞内发生的许多过程都是必不可少的，比如在分子运输或细胞增殖过程中所涉及的扩散。它在更大规模的多细胞过程中也至关重要，例如血液循环。因此在新的研究中，Trachenko将这个结果应用到了生命科学领域。
Trachenko想要找出，这些生命过程对基本物理常量的数值的约束。除了控制血流和其他时变现象的运动黏度外，Trachenko还考虑了稳定血流的动力黏度和扩散常数。利用纳维-斯托克斯方程和经典流体动力学的其他信息，他证明了这三个参数都可以用电子质量（me）、质子质量（mp）和普朗克常数（ħ）来表示。如果基本常量改变，黏度也会改变，进而影响所有依赖于液态功能的生命形式。
他通过结合与这三种参数对应的生命的极限情况，即两种黏度的最小值和扩散的最大值，首次揭示了基本常量的一个可以变化的范围，或者说是“对生物友好的窗口”。不过Trachenko表示，这个“窗口非常窄”，例如，当普朗克常数仅发生非常微小的变化时，我们的血液黏度就会变得过于粘稠或太稀薄，进而导致我们已知的生命形式无法存在。
令人惊讶的是，这种“微调”发生在数十亿年前，进而在恒星中产生了重核，而在那时，我们今天所知的生命形式根本不存在。换句话说，在那个时候，根本没有必要为了能让细胞生命得以在数十亿年后存在，而将这些常量微调为“对生物友好”的值。
Trachenko提出了一种猜想，他认为宇宙并不需要一个“宏伟的设计”，而是宇宙中的每一种物理“特征”都可以通过一个渐进的进化过程独立出现，并变得根深蒂固。这有点类似于生物的进化，通过进化机制，宇宙中的基本常量可能是大自然达到可持续物理结构的结果。
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9024
https://physicsworld.com/a/evolution-may-explain-values-of-the-fundamental-constants/
https://phys.org/news/2020-04-scientists-runny-liquid.html
https://phys.org/news/2023-08-cup-secrets-universe.html
涌现无疑是复杂系统诸多现象中最神秘莫测的一个。从鸟群聚集、萤火虫同步、蜜蜂舞蹈，到宇宙起源、生命演化、意识产生，我们生活在一个“涌现”的世界中。所谓的涌现，是指复杂系统在宏观所展现出来的，无法归约到微观的特性或规律。新兴的因果涌现理论有望为量化多尺度复杂系统中的涌现现象提供强大工具。
由北京师范大学教授、集智俱乐部创始人张江等人发起的「因果涌现」系列读书会第三季，将组织对本话题感兴趣的朋友，深入探讨因果涌现的核心理论，详细梳理领域发展脉络，并发掘因果涌现在生物网络和脑网络、涌现探测等方面的应用。读书会自7月11日开始，每周二晚19:00-21:00，预计持续时间8～10周。欢迎感兴趣的朋友报名参与。
详情请见：
因果涌现读书会第三季启动：深入多尺度复杂系统核心，探索因果涌现理论应用
