Квантовая биология | Объяснение Джима Аль-Халили

Профессор Джим-аль-Халили рассказывает о зарождающейся области квантовой биологии и обсуждает, как эта новая дисциплина развивалась с момента своего зарождения в 1920-х годах до своего расцвета в конце 1990-х годов с открытием квантовых эффектов в магниторецепции, обонянии, ферментативном катализе и фотосинтезе. Скачать статью с сайта Scientific Video Protocols: https://scivpro.com/manuscript/10_32386_scivpro_000020/ Краткое содержание: 0:00 Квантовая биология в двух словах 0:55 Истоки квантовой биологии 7:39 Квантовая биология после открытия ДНК 12:30 Квантовая биология в XXI веке 18:08 Потенциальные применения 20:00 Докторантский учебный центр квантовой биологии Леверхулма (QB-DTC) *Квантовая биология в двух словах* Если бы я определял квантовую биологию, то это было бы не то, что многие могли бы подумать, что на самом глубоком уровне, если вы заглянете в живую систему, живую клетку, вплоть до уровня молекул и атомов, то вы попадете в квантовый мир, потому что это было бы верно как для жизни, так и для неживой материи, где вступают в силу квантовые правила. Квантовая биология Квантовая биология, в том виде, в котором мы её определяем сегодня, означает исследование механизмов и явлений, основанных на нетривиальных квантовых эффектах внутри живых клеток. Под нетривиальными я подразумеваю квантовое туннелирование, долгоживущую квантовую когерентность и суперпозицию, квантовую запутанность. Это удивительные эффекты, которые мы сейчас наблюдаем в живых организмах. Это и есть квантовая биология. *Истоки квантовой биологии* Мы склонны считать квантовую биологию довольно новой областью междисциплинарной науки, и во многом это так. Но на самом деле её истоки довольно давние, восходящие к началу 1930-х годов. Фактически, мы можем проследить её происхождение до конкретной лекции Нильса Бора, прочитанной на конференции в 1929 году. Он намекнул на идею, как и многие пионеры квантовой биологии в то время, что, возможно, квантовая механика содержит ключ ко многим научным вопросам, и, поскольку квантовая механика, по их мнению, решила проблемы физики и химии, они высокомерно предположили, что её можно использовать и для разгадки тайны самой жизни. Бор был одним из первых пионеров квантовой биологии, предположивших, что квантовая механика может сыграть свою роль. Он вдохновил других физиков, особенно таких, как Макс Дельбрюк, который впоследствии сменил область исследований и стал биофизиком, работающим в молекулярной биологии, а также Паскуаля Джордана. *Квантовая биология после открытия ДНК* Важно помнить, что квантовая механика, а затем и квантовая теория поля, развивались параллельно с новыми областями биологии, генетики и молекулярной биологии. Генетики и молекулярные биологи к 1930-м, 1940-м и даже 1950-м годам, когда была открыта структура двойной спирали, действительно почувствовали, что им не нужна квантовая механика, настолько они были успешны. Они так много узнали о молекулярной структуре живых систем. Они не видели необходимости вводить в рассмотрение особенности квантовой механики. Поэтому в значительной степени квантовая биология отошла на второй план. В частности, после открытия двойной спирали ДНК, спектроскописты и молекулярные биологи действительно узнали гораздо больше о строительных блоках клетки, о «инструкции по жизни», и у них не оставалось места для квантовой суперпозиции, проблемы измерения, принципа неопределенности и всего этого лишнего, что они оставляли физикам. В 1990-х годах внезапно появились экспериментальные методы с использованием быстродействующих импульсных лазеров, двумерной спектроскопии, позволяющие накачивать биомолекулы, возбуждать их и наблюдать за их распадом. И внезапно некоторые из этих экспериментов начали показывать наличие квантовых эффектов, долговременной когерентности, долговременных интерференционных эффектов, которые невозможно объяснить иным способом. Вспомните эксперимент с двумя щелями в квантовой механике: вы пропускаете пучок частиц, фотонов или электронов, через две щели, и видите интерференционную картину. Даже если вы пропускаете по одной частице за раз, вы не можете объяснить эту интерференционную картину с помощью классической механики, вам нужна квантовая механика. Они наблюдали аналогичные процессы в определенных специальных механизмах живых клеток, например, как ферменты переносят частицы из одной части молекулы в другую — электроны, а позже даже протоны, в 2000 раз более массивные, чем электроны. Они наблюдали, как эти протоны квантово туннелируют из одного места в другое. Scientific Video Protocols — первый полностью открытый рецензируемый видеожурнал, публикующий материалы в кинематографическом качестве 4K. Свяжитесь с нами для отправки материалов: https://scivpro.com/submit/ АВТОРСКИЕ ПРАВА BULLAKI ltd orders@bullaki.com