Ученые обнаружили квантовые сигналы в самой жизни
Биологические системы долго считались слишком хаотичными для квантовых эффектов. Однако новые исследования предполагают, что жизнь может использовать квантовую механику. Ученые обнаружили явные квантовые сигналы внутри живых организмов. Эти сигналы могут позволять обрабатывать информацию быстрее, чем любые созданные человеком устройства. Это касается не только сложных систем вроде мозга, но и всей жизни, включая бактерии и растения.
Наследие Шрёдингера вдохновляет на квантовый скачок
Более 80 лет назад физик-теоретик Эрвин Шрёдингер прочитал серию лекций в Дублине. Позже они легли в основу книги «Что такое жизнь?». Шрёдингер был одним из первопроходцев квантовой механики. Он задавался вопросом, как физика и химия могут объяснить удивительные процессы живой материи. В своей книге он предположил, что квантовая механика может играть важную роль в биологии. Эта идея опередила свое время.
Теперь, спустя десятилетия, ученые из Тринити-колледжа в Дублине нашли экспериментальные подтверждения его идеям. Команда под руководством профессора Джона Донегана из Школы физики Тринити, работая с докторами Киараном Хики и Мартином Мёбиусом, добилась прорыва.
Новый взгляд на жизнь на квантовом уровне
Исследователи сосредоточились на изучении фотосинтеза. Это процесс, с помощью которого растения и некоторые бактерии преобразуют солнечный свет в энергию. Они изучали светособирающие комплексы фотосинтезирующих бактерий. Эти бактерии служат хорошей моделью для изучения фундаментальных процессов жизни. Они очень эффективно улавливают и используют энергию света.
Ученые использовали передовую спектроскопическую методику. Она сочетает сверхбыструю транзиентную абсорбционную спектроскопию с магнитным круговым дихроизмом (МКД). Проще говоря, они использовали короткие импульсы света, чтобы наблюдать за поведением электронов в молекулах. А МКД позволил им отследить специфические квантовые свойства этих электронов, а именно их спин. Спин — это фундаментальное квантовое свойство частицы, похожее на вращение.
Обнаружение квантовой когерентности
Главным результатом стало наблюдение когерентных квантовых эффектов. Ученые зафиксировали отчетливые сигналы, связанные со спинами электронов. Эти сигналы указывали на то, что электроны находятся в состоянии квантовой когерентности. Это особое квантовое состояние, когда частицы ведут себя согласованно, как единое целое.
Важно, что эти сигналы сохранялись гораздо дольше, чем ожидалось теоретически. Эффекты наблюдались при комнатной температуре, в биологической среде. Это удивительно, потому что обычно считается, что квантовая когерентность очень хрупка. Она должна быстро разрушаться в «теплой, влажной и шумной» среде живой клетки. Однако результаты показали, что это не всегда так. Обнаруженные квантовые сигналы показывают устойчивость таких эффектов в биологических системах.
Как отметил доктор Хики: “Мы использовали сложную комбинацию методов, чтобы впервые показать, что спиновые сигналы сохраняются дольше, чем считалось возможным”.
Значение для понимания жизни
Это открытие имеет большие последствия. Оно предполагает, что квантовые эффекты – не просто лабораторная диковинка. Они могут быть неотъемлемой частью работы живых организмов. Возможно, именно квантовая механика позволяет биологическим системам быть такими эффективными. Например, в передаче энергии или обработке информации.
Если даже простые бактерии используют квантовые явления, то это может быть универсальным свойством жизни. Профессор Донеган подчеркивает: “Мы показали, что квантовые эффекты происходят не только в мозге, но и на самом базовом биологическом уровне”.
Будущее квантовой биологии
Конечно, необходимы дальнейшие исследования. Нужно понять, насколько распространены эти квантовые явления в живой природе. Какую конкретно роль они играют в различных биологических процессах?
Понимание квантовых процессов в жизни может привести к новым технологиям. Например, к созданию более эффективных солнечных батарей или даже квантовых компьютеров на биологической основе. Это также может пролить свет на механизмы некоторых заболеваний. Изучение этих квантовых сигналов открывает новую захватывающую главу в науке о жизни.
Это исследование заставляет переосмыслить границу между живым миром и квантовой физикой. Жизнь, возможно, использует самые фундаментальные законы природы гораздо активнее, чем мы думали раньше.