물 한 컵이 어떻게 우주의 비밀을 풀어줄 수 있나요?

2023년 8월 23일

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런던 대학교 퀸 메리(Queen Mary)

런던 퀸 메리 대학의 연구자들은 우주에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있는 발견을 했습니다. Science Advances에 발표된 연구에서 그들은 기본 상수가 달라질 수 있는 범위가 있어 살아있는 세포 내에서 그리고 살아있는 세포 사이에서 생명 과정이 일어나는 데 필요한 점도를 허용한다는 것을 처음으로 밝혔습니다. 이는 이러한 상수가 어디서 왔는지, 우리가 알고 있는 삶에 어떤 영향을 미치는지 결정하는 데 있어 중요한 퍼즐 조각입니다.

2020년에 같은 팀은 액체의 점도가 기본 물리적 상수에 의해 결정되어 액체가 얼마나 흐를 수 있는지에 대한 한계를 설정한다는 사실을 발견했습니다. 이제 이 결과는 생명과학의 영역으로 적용됩니다.

기본 물리 상수는 우리가 살고 있는 우주의 구조를 형성합니다. 물리 상수는 일반적으로 자연에서 보편적이고 시간이 지나도 변하지 않는 것으로 여겨지는 값(예: 전자의 질량)을 갖는 양입니다. 그들은 핵반응을 지배하고 생명에 필수적인 분자 구조의 형성으로 이어질 수 있지만 그 기원은 알려져 있지 않습니다. 이 연구를 통해 과학자들은 이러한 상수가 어디에서 오는지 파악하는 데 한 걸음 더 가까워질 수 있습니다.

"컵 안의 물 흐름을 이해하는 것은 기본 상수를 알아내려는 거대한 도전과 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 살아있는 세포 안과 세포 사이의 생명 과정에는 움직임이 필요하며 이 움직임의 특성을 설정하는 것은 점성입니다. 기본 상수가 변하면, 점도는 우리가 알고 있는 생명에 너무 큰 영향을 미칠 것입니다. 예를 들어, 물이 타르만큼 점성이 있다면 생명은 현재의 형태로 존재하지 않거나 전혀 존재하지 않을 것입니다. 이는 물 너머에 적용되므로 액체 상태를 사용하는 모든 생명체는 기능합니다. 영향을 받았을 것이다."

"증가 또는 감소를 포함한 기본 상수의 변화는 흐름과 액체 기반 생명체에 똑같이 나쁜 소식이 될 것입니다. 우리는 창이 매우 좁을 것으로 예상합니다. 예를 들어 혈액의 점도가 신체에 비해 너무 두꺼워지거나 너무 얇아질 수 있습니다. 플랑크 상수나 전자 전하와 같은 일부 기본 상수의 단지 몇 퍼센트 변화만으로 작동한다고 코스티아 트라첸코(Kostya Trachenko) 물리학 교수가 말했습니다.

놀랍게도 기본 상수는 수십억 년 전에 별에서 무거운 핵을 생성하도록 조정된 것으로 생각되었으며 당시에는 오늘날 우리가 알고 있는 생명체가 존재하지 않았습니다. 수십억 년 후에 세포 생명을 가능하게 하기 위해 그 시점에서 이러한 상수를 미세 조정할 필요가 없었지만 이러한 상수는 살아있는 세포 안팎으로 흐르기에 생체 친화적인 것으로 밝혀졌습니다.

이에 수반되는 추측은 여러 조정이 관련되었을 수 있다는 것이며 이는 특성이 독립적으로 획득되는 생물학적 진화와 유사성을 시사합니다. 진화 메커니즘을 통해 기본 상수는 자연이 지속 가능한 물리적 구조에 도달한 결과일 수 있습니다. 기본 상수의 기원을 이해하는 데 진화의 원리가 어떻게 도움이 될 수 있는지는 아직 알 수 없습니다.

추가 정보: Kostya Trachenko, 친환경 점도 및 확산으로 인한 기본 물리 상수에 대한 제약, Science Advances(2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh9024. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9024