Den kvantmekaniska världen är mycket underlig. I teorin och i praktiken, i viss mån, de principer för den kvantmekaniska världen kräver att en partikel kan vara på två ställen på en gång — detta är ett paradoxalt fenomen som är känt som en superposition — och att två partiklar kan “fastna”, dela information över godtyckligt stora avstånd. Hur exakt är det ingen som vet exakt. Det mest kända exemplet av främlingskap i den kvantmekaniska världen kan kallas schrödingers katt, en tanke experiment som utfördes av Erwin schrödinger 1935.
Österrikiska fysikern mentalt sätta katten i en låda med potentiellt dödligt radioaktivt ämne. Det konstiga kvantmekaniska lagarna tillåtna katten finns i en superposition av två Stater — både levande och döda — det är minst lika långa som lådan öppnas och dess innehåll upptäckt.
Påhitt av den kvantmekaniska världen
För alla konstigheter med detta koncept var experimentellt bekräftade otaliga gånger i quantum skala. Men när skalas upp till vår, så att säga, mer enkel och tydlig makroskopiska världen, allt förändras. Ingen har sett en stjärna, en planet eller en katt i en superposition eller i ett tillstånd av quantum entanglement. Men ända sedan kvantmekaniska teorin formulerades först i början av 20-talet forskare undrat var exakt skär den mikroskopiska och den makroskopiska världar? Hur stor kan vara quantum verkligheten och kommer det någonsin är tillräckligt stor för att de mest bisarra aspekter hänger nära samman med levande varelser? Under de senaste två decennierna, det framväxande området quantum biology, letar efter svar på dessa frågor genom att föreslå och utföra experiment på levande organismer som skulle kunna hjälpa till att testa gränserna av kvantteori.
Dessa experiment har redan gett intressanta, men osäkra resultat. Tidigare i år, till exempel har forskare visat att fotosyntesen när organismer producerar livsmedel med hjälp av ljus, som kan innefatta vissa kvantmekaniska effekter. Navigering fåglar eller vår känsla av lukt tyder också på att kvantmekaniska effekter kan uppstå i levande varelser ett mycket ovanligt sätt. Men detta är bara toppen av ett isberg av den kvantmekaniska världen. Ingen har hittills kunnat göra en levande organism, inte ens encelliga bakterier för att manifestera kvantmekaniska effekter som trasslar in sig eller överlagring.
Och nu, ett nytt verk av forskare vid University of Oxford gör lite förvånad över att höja ögonbrynen, skriver de, att de lyckades framgångsrikt för att förvirra bakterier med fotoner — partiklar av ljus. En studie utförd av quantum fysiker Chiara, Marletto och publicerades i oktober i Journal of Physics Kommunikation, utgör en analys av ett experiment som utförs i och med 2016 med David Cowles från University of Sheffield och hans kollegor. I det experimentet Cowles och företaget ut flera hundra fotosyntetiska gröna svavel bakterier mellan två speglar, gradvis förkorta avståndet mellan speglarna upp till flera hundra nanometer — mindre än bredden på ett mänskligt hårstrå. Passerar vitt ljus genom spegeln, forskare hade hoppats att den fotosyntetiska molekyler i bakterier bildar ett par — eller kommer att-interagera — med tomhet, som är bakterierna kommer kontinuerligt att ta till sig, ge och åter absorbera fotoner Studsar. Experimentet var lyckat. Om sex bakterier bildas par på grundval av detta.
Marletto och hennes kollegor menar att bakterier bildas ett par med hålighet. I deras analys visade att energi signaturer som erhållits i experimentet, kan vara förenligt med den fotosyntetiska system av bakterier, intrasslad med ljus i kaviteten. I själva verket verkar det som en del av fotonerna samtidigt hit och missade den fotosyntetiska molekyler inuti bakterier — detta var kännetecknande för intrassling.
“Våra modeller visa att detta fenomen kan betraktas som en signatur av sammanflätning mellan ljus och definieras grader av frihet inuti bakterier”, säger hon.
Enligt studie medförfattare Tristan Farrow., också från Oxford, för första gången detta fenomen har observerats i vivo. “Det är definitivt nyckeln till ett bevis på att vi på något sätt är på väg mot idén om “bakterier schrödinger”, så att säga, säger han. Och det tips på en annan potentiella fall av quantum biology i den naturliga miljön: grön svavel bakterier lever i djupa havet där bristen på ljus kan stimulera den kvantmekaniska evolutionär anpassning för spridning och underhåll av fotosyntesen.
Sådana kontroversiella uttalanden, men många fallgropar. Först av allt, ett bevis på att fastna i detta experiment är indirekt, beroende på hur betraktaren bestämmer sig för att tolka ljuset, som flödar genom och flödar från ett slutet hålrum av bakterier. Marletto, och hennes kollegor inser att den klassiska modellen av gratis från kvantmekaniska effekter, kan även förklara resultaten av detta experiment. Men, naturligtvis, fotoner är inte klassisk alls — de är quantum. Och ännu mer realistisk “semi-klassisk” modell som använder Newtons lagar för att bakterier och quantum lagar för fotoner, kan inte reproducera de resultat som erhålls genom Coles och hans kollegor i laboratoriet. Detta tyder på att kvantmekaniska effekter är sett som ljus och bakterier.
En annan varning: bakterier energi och fotonen mäts tillsammans snarare än var för sig. Detta, enligt Simon Groeblacher från Tekniska Universitetet i Delft i Nederländerna, som inte var inblandad i studien finns en viss begränsning. “Det kan tyckas att det är något på den kvantmekaniska nivån”, säger han. “Men… oftast när vi visar sammanflätning, vi mäter självständigt de två system” för att bekräfta att några quantum korrelationer mellan dem kommer att vara äkta.
Trots dessa osäkerheter, många experter quantum-biologiska övergången från den teoretiska ambitionen att verkligheten, som du kan känna, det är inte en fråga om förmåga är en fråga om tid. Individuellt och kollektivt molekyler utanför de biologiska systemen har redan visat att kvantmekaniska effekter i laboratorium för experiment som utfördes i årtionden, så söker för dessa effekter, bland molekylerna i bakterier eller ens våra kroppar verkar inte orimligt. Hos människan och andra flercelliga varelser, men en sådan molekylär kvantmekanik effekter skulle vara svårt att se, men de små bakterier — varför inte? “Detta är en trevlig upptäckt, dock, och väntat,” säger Grebler. “Men det kommer definitivt bli en överraskning för dem som kan visa att det på exempel av en verklig biologiska system.”
Flera forskargrupper, som leds av bland annat Groeblacher, Farrow, hoppas kunna utveckla dessa idéer ännu mer. Groeblacher har utformat ett experiment som skulle kunna sätta den lilla djur — tihohodka i ett tillstånd av överlagring. Det kommer att bli mycket svårare än svällning av bakterier med ljuset på grund av den relativt stora djur. Farrow. funderar på sätt att förbättra experimentet med bakterier i de följande år som han och hans kollegor hoppas att blanda ihop de två bakterier tillsammans, utan att röra vid ljuset.
“Det handlar om att förstå naturen av verkligheten och om kvantmekaniska effekter roll i biologiska funktioner. Djupt till roten av saker alla är quantum”.
Kan så vara, till exempel, att “det naturliga urvalet har kommit på sätt att levande system på ett naturligt sätt att använda kvantmekaniska fenomen”, konstaterar Marletto, med hänvisning till exemplet ovan nämnda ceramictile fotosyntesen i den djupa havet. Men du behöver för att börja i liten skala. I ett senare experiment har varit framgångsrikt förvirrad miljoner atomer. Det är naturligtvis mycket liten, även jämfört med bakterier. Men om en bottom-up-strategi kommer att fungera, en dag vi väntar på att trassla på makroskopisk nivå varelser, föremål, och även människor.
Tror du det är möjligt? Berätta för oss i vår chatt i Telegram.