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1 # 黃益華2
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2 # 裸猿的故事
研究量子和生物學關係的領域被稱為量子生物學(quantum biology)。而量子力學早就深深的參與到生命世界之中。沒有它,可能壓根就沒有生命的存在。
至於涉及到量子力學的知覺,視覺和嗅覺的機制中八成都涉及到量子過程,所以眼睛和鼻子就是題主這個問題的答案之一。眼睛對於這個世界中的動物意味著什麼,在沒有眼睛的時代,這東西就是大殺器黑科技,所以擁有眼睛的生物迅速佔據了生態圈。同樣的嗅覺能力的高低,也同樣可以決生死之別。
不過和題主自己臆測的越是高等的生命可以加工的能量形式越多不同,生命世界不是在起點寫玄幻小說的力量進階設定。而高等低等生命這樣的分類早就已經被生物學界放棄,因為所謂低等的生命,並不低等,它們所表現出來的複雜性,並不比我們擁有神經系統的我們差到哪裡,只能說,各自都是術業有專攻。甚至即便只有幾個基因的病毒,能在生命世界中混得風生水起,也意味著它們掌控著生命的精髓。
量子力學作為構建世界的基礎,它和化學反應一樣參與了生物學中的許多生物功能,並不會讓人感到過度驚訝。實際上,最早將量子物理學引入到生命世界的人是著名物理學家薛定諤——即著名的薛定諤的貓的始作俑者——在二戰之後他做了許多影響當時年輕物理學家的演講,如《生命是什麼》,號召年輕的物理學家到生命現象中去尋找新的物理學。
圖示:推薦《生命物理學》給那些想從基礎物理學入手思考生命奧秘的人。
量子世界對我們的大腦來說理解困難,但對於由原子構造出的生命來說,這些都屬於它的基礎。如果量子過程對生命有價值,那麼早在很早很早以前,就會被生命加以利用,而事實也正是如此。
圖示:2011年,著名科學期刊《自然》發表一篇觀點性文章《量子生物學的黎明》(The dawn of quantum biology)。表示,人類對生命現象的研究,要逐步深入到量子水平。
研究量子生物學的物理學家相信,生命中的許多基本屬性,建立在量子的水平上。光合作用的非凡效率
研究人員長期以來一直懷疑,光合作用有著一些非常奇怪的現象。來自太陽的光子,本來是隨機到達葉綠素分子和其他可以吸光的色素分子,但光子的能量一旦被吸收,這些能量就喪失了隨機性,由於現在還不能完全理解的緣故,這些能量統統被引導到細胞的光合作用反應的中心,然後以最高的效率使用這個能量,將二氧化碳和水轉變為糖(在其它一些物質的幫助下)。
自20世紀30年代以來,研究光合作用的科學家們慢慢意識到這一高效到令人髮指的過程,必須使用量子力學來進行描述,量子力學那些撞擊到色素天線分子上的光子,在細菌或葉片中激發出電子的漣漪,就像一塊投入水坑濺出水的岩石。這些激子從一個分子傳遞到下一個,直到它們到達反應中心。但是,按道理這個過程本來應該是隨機的,無方向的。但在葉綠素或者其它利用光能的生物中,顯然不是這樣,而是具有相當高的組織性,而正是組織性帶來了對光能的高效利用。至少比人類製造的太陽能電池板要高效得多。
圖示:光合作用中涉及電子激發,這種激發的效率被認為超過99%,這難以用經典力學解釋,可能需要動用量子力學。
視覺的機制中涉及量子過程
題主說量子參與知覺,那麼視覺的形成,大概就是量子過程參與知覺形成的經典範例。視覺過程涉及到光子,而光子是量子世界中非常重要的微觀粒子。動物的視覺和植物的光合作用都在和光子打交道。動物的眼睛包括人類,可以檢測到單個光子的存在,這個過程涉及到量子力學。
圖示:你可以把眼睛稱為量子眼。沒有量子過程,視覺也許無法形成。
酶(又稱酵素)的非凡催化能力,因為某些酶可能利用了量子隧穿效應來長距離傳輸電子
鳥類導航用的磁性羅盤涉及量子糾纏,讓人驚訝的地方在於,這是在高溫下保持的量子糾纏
Schulten,Ritz等人證明,許多動物,包括像歐洲羅賓斯這樣的鳥類,都是基於地球磁場方向,並利用一種非常脆弱的量子屬性(稱為量子糾纏)來進行長距離導航。但真正讓人驚訝的是,鳥類能在室溫下保持住眼睛中的這種量子糾纏,且其時間尺度長達數十微秒,這比最先進的(通常甚至是超冷的)實驗室設定中的量子糾纏持續的時間更長。特別是,這個功能的確觸發了不同的化學物質,這個化學物質被稱為隱花色素,它取決於外部磁場,因此這就給鳥類提供了一個化學指南針。這些化學指南針,最終讓鳥兒能建立一個地球磁場的地圖。
嗅覺也很可能涉及到量子力學。
傳統上解釋嗅覺都在使用形狀理論或“鎖和鑰匙”的模型來解釋,即當氣味分子和相應受體的兩種形狀(鼻子內部)完全吻合時,我們就會聞到特定的氣味。我們的嗅覺只取決於我們在空氣中嗅探到的分子的形狀。
然而,由戴克森於1927年首先提出的一個不同的競爭性理論——刷卡模型——這個理論在1990年由都靈進一步發展。透過對果蠅行為的實驗觀察到具有相同形狀(氫原子被氘取代)的分子可以用來對應完全不同的氣味(從香水到臭雞蛋)。但是,這些分子雖然形狀相同,但卻有著不同的振動模式。實際上,分子振動的原子集合類似於給定頻率(量子)振盪的彈簧,只不顧是量子彈簧。然後,在一種特殊的“氣味”分子存在的情況下,鼻子中的氣味受體內的電子可以“躍過”能量屏障,將一定量的能量注入某種氣味劑的化學鍵中,這就“啟用”了一個諧振的“彈簧”。這樣的現象,在物理學中,是一種特定的量子現象,被稱為非彈性電子隧道效應,即鼻子對氣味的探測,類似於掃描隧道顯微鏡的原理。
圖示:你的量子鼻子
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感謝師邀,如果量子運動叄與生會進化,因量子相互糾纏,相互對立,有了知覺,會產生冥感顯應,顯感冥應,冥感冥應,顯感顯應,像人遠在天邊的親人發生意外,自然有所感應,但需科學一一論證。望眾友給予意見,指正,待進提高。