Imagine um universo onde as estrelas ainda brilham, os planetas ainda se formam e a água existe, mas os fluidos são tão espessos que as células vivas mal conseguem funcionar. Mesmo com os ingredientes químicos para a vida, as condições podem tornar os organismos vivos impossíveis.
Os cientistas descobriram uma ligação notável entre as leis fundamentais da física e a capacidade de existência da vida. As suas descobertas mostram que mesmo mudanças relativamente pequenas em algumas das constantes físicas mais básicas do universo podem alterar dramaticamente o fluxo de fluidos, potencialmente impedindo a ocorrência de processos biológicos essenciais.
Esta descoberta é detalhada em um estudo publicado em avanço da ciênciaVem de Kostya Trachenko, físico da Queen Mary University of London. A sua análise teórica identificou uma restrição adicional nos valores das constantes físicas fundamentais: elas devem permitir que os fluidos se movam de forma a sustentar a vida dentro e entre as células.
Este trabalho levanta uma questão profunda sobre o universo. Por que as leis fundamentais da natureza contêm valores que parecem tão apropriados para a sobrevivência da vida?
As constantes fundamentais que moldam nosso universo
Constantes físicas fundamentais são números que governam o funcionamento do universo. Os exemplos incluem a massa e a carga elétrica de um elétron e a constante de Planck, que desempenha um papel central na mecânica quântica, o ramo da física que descreve matéria e energia em escalas extremamente pequenas.
Essas quantidades são geralmente consideradas universais e invariantes ao longo do tempo. Seus valores afetam tudo, desde o comportamento dos átomos e das ligações químicas até as reações nucleares que alimentam as estrelas e produzem os elementos necessários à vida.
Apesar da sua importância, os cientistas ainda não sabem porque é que estas constantes têm os valores particulares que vemos.
Uma pista importante surgiu em 2020, quando Trachenko e colegas demonstraram que constantes físicas fundamentais estabelecem limites inferiores para a viscosidade dos fluidos.
A viscosidade indica quão fortemente um fluido resiste ao fluxo. A água tem uma viscosidade relativamente baixa e flui facilmente, enquanto o mel e o alcatrão são mais viscosos e movem-se lentamente. Os pesquisadores mostraram que existe um limite fundamental para a facilidade com que um fluido pode fluir, um limite, em última análise, ligado a constantes fundamentais da natureza.
Um estudo de 2023 levou esta conexão muito mais longe ao examinar as suas implicações para a biologia.
Por que pequenas mudanças na física poderiam tornar a vida impossível?
Cada célula viva depende do movimento das moléculas. Os nutrientes devem chegar aos locais onde são necessários, os resíduos devem ser levados embora e inúmeras reações químicas devem ocorrer no ambiente líquido.
Outro processo importante é a difusão, o espalhamento natural de partículas através de um fluido. A difusão ajuda as moléculas a se moverem pelas células e permite muitas interações químicas essenciais à vida.
Se a viscosidade desses fluidos mudasse muito, esses processos poderiam ser seriamente interrompidos. Fluidos muito espessos podem impedir que materiais vitais se movam com eficiência, enquanto uma viscosidade muito baixa também pode interferir no fluxo controlado necessário para funções biológicas.
Trachenko explicou a conexão surpreendente:
“Compreender como a água flui em um copo está intimamente ligado ao grande desafio de descobrir as constantes fundamentais. Os processos de vida dentro e entre as células vivas requerem movimento e é a viscosidade que determina as propriedades desse movimento. Se as constantes fundamentais mudassem, a viscosidade mudaria muito para afetar a vida como a conhecemos. Por exemplo, se a água fosse tão viscosa quanto o alcatrão, a vida não existiria em sua forma atual ou nem existiria. Isso se aplica além da água, então todas as formas de vida que usam o estado líquido para funcionar irão ser afetado.”
As implicações vão além da água. Embora toda a vida conhecida dependa da água, criaturas hipotéticas em outras partes do universo podem depender de diferentes líquidos. As mesmas restrições físicas fundamentais ainda afetarão o comportamento desses fluidos.
Trachenko sugeriu que o intervalo de constantes compatíveis com a vida celular pode ser surpreendentemente estreito.
“Qualquer mudança nas constantes fundamentais, incluindo aumento ou diminuição, seria uma má notícia tanto para o fluxo quanto para a vida baseada em fluidos. Esperamos que a janela seja bastante estreita: por exemplo, com apenas uma pequena mudança percentual em algumas constantes fundamentais, como a constante de Planck ou a carga de elétrons, a viscosidade do nosso sangue se tornará muito espessa ou muito fina para o corpo funcionar.”
Essas previsões vêm de modelos teóricos, e não de experimentos nos quais os cientistas realmente alteraram as constantes fundamentais. Os limites exatos que várias formas de vida podem tolerar permanecem incertos.
Um mistério cósmico em construção há bilhões de anos
O que torna as descobertas particularmente interessantes é que as mesmas constantes fundamentais que influenciam o fluxo de líquido também controlam as reações nucleares responsáveis pela formação de elementos pesados no interior das estrelas.
Muito antes do surgimento das primeiras células vivas, as estrelas produziam elementos como carbono e oxigênio que eventualmente se tornaram componentes essenciais dos organismos vivos.
Os físicos há muito investigam se as constantes que governam esses processos atômicos devem estar dentro de certos limites para que exista matéria complexa. Mas a capacidade de criar os ingredientes químicos da vida não garante que a vida possa funcionar.
A análise de Trachenko mostrou que algumas das propriedades físicas que controlam o fluxo de líquido podem mudar sem perturbar a combinação de constantes necessárias para produzir núcleos pesados em estrelas.
Em outras palavras, um universo hipotético ainda poderia produzir os elementos necessários à vida enquanto os fluidos são tão viscosos que os processos celulares não podem operar.
Isto significa que as condições necessárias para sustentar a vida podem envolver muito mais do que a capacidade de formar estrelas, planetas e química complexa. As propriedades físicas dos fluidos podem impor requisitos adicionais às constantes fundamentais do universo.
Pesquisa de acompanhamento revela uma conexão surpreendente com o sangue
A investigação continuou além da descoberta original.
Em um estudo de acompanhamento publicado em janeiro de 2025 Revista Física Europeia ETrachenko e colegas investigaram como as constantes físicas fundamentais afetam fluidos biológicos mais complexos, especialmente o sangue.
Ao contrário da água, o sangue é uma mistura complexa que consiste em plasma, glóbulos vermelhos, plaquetas e outros componentes. Sua viscosidade depende não apenas das propriedades moleculares, mas também da forma como esses componentes interagem.
Por exemplo, os glóbulos vermelhos podem formar aglomerados que aumentam a resistência ao fluxo. À medida que o sangue se move mais rápido, esses coágulos podem se romper, permitindo que o sangue flua com mais facilidade. Esse comportamento torna o sangue muito mais complexo do que um simples líquido.
Os pesquisadores encontraram algo inesperado. Apesar da extrema complexidade do sangue e do tamanho relativamente grande dos glóbulos vermelhos, a sua viscosidade permanece surpreendentemente próxima, numa escala física, do valor teórico derivado das constantes físicas básicas.
Eles propuseram que as interações entre células sanguíneas próximas poderiam ajudar a explicar essa relação. Embora os glóbulos vermelhos sejam muito maiores que os átomos, as forças que atuam quando suas superfícies se aproximam envolvem distâncias pequenas o suficiente para efeitos moleculares e quânticos.
A análise de 2025 também destacou uma complexidade importante. Para prever quais constantes fundamentais são compatíveis com a vida, é necessário levar em consideração as propriedades intrínsecas dos fluidos, determinadas pela física fundamental, e os efeitos adicionais criados pelas interações entre células e moléculas.
Estas descobertas fornecem uma estrutura mais detalhada para investigar a relação entre as propriedades físicas fundamentais do universo e os processos biológicos que delas dependem.
As leis da física poderiam ter evoluído?
A pesquisa aponta para um mistério ainda mais profundo: por que as constantes fundamentais têm valores que permitem que tantos processos físicos diferentes funcionem juntos?
Uma possibilidade especulativa levantada por Trachenko é que múltiplas formas de ajuste fino possam estar envolvidas. Os valores que permitem que as estrelas formem elementos pesados e os valores que permitem que os fluidos sustentem a vida celular podem representar requisitos diferentes.
Ele sugeriu uma analogia interessante com a evolução biológica, na qual diferentes características úteis podem surgir através de diferentes processos.
Talvez alguma teoria evolutiva mais ampla possa ajudar a explicar como a natureza chega a uma combinação de estruturas estáveis e propriedades físicas capazes de suportar sistemas cada vez mais complexos.
Actualmente, isto permanece apenas uma suposição. Os cientistas não estabeleceram que as constantes fundamentais evoluem através de qualquer mecanismo deste tipo, nem determinaram porque é que essas constantes têm os seus valores observados.
Ainda assim, a ligação entre o fluxo de fluidos e a física fundamental abre outra forma de investigar uma das maiores questões não respondidas da ciência.
Algo tão simples como a água fluindo através do vidro ou o sangue fluindo pelo corpo pode fornecer pistas sobre por que o universo possui as propriedades físicas que tornam a vida possível.
