Forskare från Queen Mary University i London och Ryska vetenskapsakademin har hittat en gräns för hur rinnig en vätska kan vara.

Viskositet, måttet på hur rinnande en vätska är, är en egenskap som vi upplever dagligen när vi fyller en vattenkokare, ta en dusch, häll matolja eller flytta genom luften.

Vi vet att vätskor blir tjockare när de kyls och rinnigare när de värms upp, men hur rinnig kan en vätska någonsin bli om vi fortsätter att värma upp den?

Så småningom, vätskan kokar och blir en gas eller en tät gasliknande substans om den värms upp med tillräckligt högt tryck. Vid den punkt där den övergår mellan vätskeliknande och gasliknande tillstånd är minimivärdet för viskositet.

Viskositeten anses omöjlig att beräkna utifrån teorin eftersom den beror starkt på vätskestrukturen, sammansättning och interaktioner samt yttre förhållanden på ett komplicerat sätt. Nobelpristagaren Steven Weinberg jämförde svårigheten att beräkna vattnets viskositet med problemet med att beräkna grundläggande fysikaliska konstanter, konstanterna som formar vårt universums struktur.

Trots denna svårighet, forskarna har utvecklat en ekvation för att göra det.

I studien, publicerad i Vetenskapens framsteg , de visar att två grundläggande fysiska konstanter styr hur rinnande en vätska kan vara. Fysiska konstanter, eller naturens konstanter, är mätbara egenskaper hos det fysiska universum som inte förändras.

Deras ekvation relaterar det minimala värdet av elementär viskositet (produkten av viskositet och volym per molekyl) till Planck-konstanten, som styr kvantvärlden, och det dimensionslösa massförhållandet proton-till-elektron.

Professor Kostya Trachenko, huvudförfattare till artikeln från Queen Mary University of London, sa:"Detta resultat är uppseendeväckande. Viskositet är en komplicerad egenskap som varierar kraftigt för olika vätskor och yttre förhållanden. Ändå visar våra resultat att den minimala viskositeten för alla vätskor visar sig vara enkel och universell."

Det finns praktiska konsekvenser av att upptäcka denna gräns också. Det kan appliceras där en ny vätska för en kemikalie, industriell eller biologisk process med låg viskositet krävs. Ett exempel där detta är viktigt är den senaste tidens användning av superkritiska vätskor för gröna och miljövänliga sätt att behandla och lösa upp komplexa avfallsprodukter.

I det här fallet, den upptäckta fundamentala gränsen ger en användbar teoretisk guide för vad man ska sikta på. Det säger oss också att vi inte bör slösa resurser på att försöka slå den grundläggande gränsen eftersom naturens konstanter kommer att forma viskositeten vid eller över denna punkt.

Grundläggande fysiska konstanter och i synnerhet dimensionslösa konstanter (fundamentala konstanter som inte beror på valet av fysiska enheter) tros definiera universum vi lever i. En finjusterad balans mellan proton-till-elektronmassförhållandet och en annan dimensionslös konstant , den fina strukturkonstanten, styr kärnreaktioner och kärnsyntes i stjärnor som leder till väsentliga biokemiska element inklusive kol.

Denna balans ger en smal "beboelig zon" där stjärnor och planeter kan bildas och livsuppehållande molekylära strukturer kan uppstå. Ändra en av de dimensionslösa fundamentala konstanterna något, och universum blir väldigt annorlunda, utan stjärnor, tunga element, planeter och liv.

Professor Trachenko sa:"Den nedre fundamentala gränsen påminner oss om hur fundamentala naturens konstanter påverkar oss dagligen, börja med att göra en kopp te på morgonen genom att utvidga deras övergripande regel till specifika, ändå komplex, egenskaper såsom vätskeviskositet."

Vadim Brazhkin, medförfattare från Ryska vetenskapsakademin, tillade:"Det finns indikationer på att den grundläggande nedre gränsen för vätskeviskositet kan vara relaterad till mycket olika områden av fysiken:svarta hål såväl som materiens nya tillstånd, kvarg-gluon plasma, som uppträder vid mycket hög temperatur och tryck. Att utforska och uppskatta dessa och andra kopplingar är det som gör vetenskapen så spännande."