Ин чист механикаи квантӣ ва он чӣ гуна оғоз ёфт? Агар Макс Планк як маслиҳати бадро нодида намегирифт, ҳеҷ гоҳ инқилоб дар атомистика сар намешуд. Лаҳзаи асосӣ соли 1878 рост омад, вақте ки Планки ҷавон аз ҷониби яке аз профессоронаш пурсид, ки оё ӯ дар физика касб кардан мехоҳад. Профессор Филип фон Ҷолли ба Планк гуфт, ки кори дигар ёбад. Гуфта мешавад, ки ҳама кашфиётҳои муҳим дар физика аллакай ба амал омадаанд, профессор ҳимояи ҷавони худро итминон дод.

Тавре ки баъдтар Планк ба ёд овард, фон Ҷолли ба ӯ гуфт:

"Физика метавонад ба таври ночиз, бо таҳқиқи ин ё он чиз идома диҳад, аммо система дар маҷмӯъ лангар бастааст ва физикаи назариявӣ дар арафаи анҷомёбист."

Бо татбиқи яке аз он чизҳои хурд, маълум шуд, ки ӯ ниҳоят онро ба даст овардааст Ҷоизаи Нобелии Планк ва ӯ таваллуд шудааст механикаи квантӣ. Тафсилоти нороҳат як падидаи хеле маъмул буд: Чаро ашёҳо ҳангоми гармкунӣ тарзе ба амал меоранд? Ҳама маводҳо, новобаста аз он ки аз чӣ сохта шудаанд, дар баланд шудани ҳарорат як хел рафтор мекунанд - онҳо сурх, зард ва дар ниҳоят сафед мебароранд. Ҳеҷ як физик дар асри 19 ин раванди ба назар соддаро шарҳ дода наметавонист.

Мушкилот ҳамчун "фалокати ултрабунафш" ба вуҷуд омад, зеро назарияи беҳтарин пешгӯӣ карда буд, ки ашёе, ки дар ҳарорати хеле баланд гарм карда мешавад, бояд энергияи кӯтоҳтаринро барорад. Азбаски мо медонем, ки ҷараёни қавӣ лампочкаҳоро ба чунин нурҳои энергетикии марг роҳнамоӣ намекунад, физика дар асри 19 дар ин ҷо калимаи охиринро надошт.

Энергия метавонад ҷаббида шавад

Планк ҷавобро ҳанӯз соли 1900 бо пайдо кардани як хит муосир пайдо кард. Дар асл, ӯ тахмин мезад, ки энергияро танҳо бо квантҳои ҷудогона ё миқдорҳо ҷабидан ё интиқол додан мумкин аст. Ин як дуршавии куллӣ аз физикаи классикӣ буд, ки даъво мекард, ки энергия дар ҷараёни муттасил ва пайваста ҷараён мегирад. Дар он замон, Планк барои он ягон асоси назариявӣ надошт, аммо ба ҳар ҳол ин тавр ба кор омад. Кванти он миқдори энергияеро, ки ҷисмҳои тафсон метавонанд дар ҳар гуна ҳарорат озод кунанд, ба таври самаранок маҳдуд кард. Пас, дар ниҳоят ҳеҷ гуна шуоъҳои ултрабунафши марговар нест!

Инқилоби квантӣ

Ҳамин тавр инқилоби квантӣ оғоз ёфт. Барои ба назарияи ҳамаҷониба табдил додани илҳоми Планк даҳҳо кори назариявии Алберт Эйнштейн, Вернер Ҳейзенберг, Нильс Бор ва дигар титанҳои физика лозим буд, аммо ин танҳо ибтидо буд, зеро ҳеҷ кас ба пуррагӣ намефаҳмид, ки ҳангоми гарм шудани онҳо ашё чӣ шуд.

Назарияи ҳосилшуда механикаи квантӣ мебошад, ки дар бораи зарраҳо ва интиқоли энергия дар соҳаи зарраҳои хурдтарин сару кор мегирад, ки аз таҷрибаи ҳаррӯзаи мо ва ҳама чизҳое, ки барои дастгоҳи ҳассоси ноустувори мо сарчашма мегиранд. На ҳама чиз комилан ноаён аст! Баъзе эффектҳои квантӣ аз чашм пинҳон карда мешаванд, гарчанде ки онҳо равшан ва зебо мебошанд, ба монанди нурҳои офтоб ва дурахшони ситорагон, ба монанди чизе, ки то пайдоиши механикаи квантӣ пурра шарҳ дода намешуданд.

Мо дар ҳаёти ҳаррӯзаи худ чӣ қадар падидаҳоро аз олами квантӣ аз сар гузаронида метавонем? Ҳиссиёти мо дар табиати воқеии худ чӣ гуна иттилоотро кашф карда метавонад? Баъд аз ҳама, тавре ки назарияи аслӣ нишон медиҳад, падидаҳои квантӣ метавонанд дар зери бинии мо ҷойгир шаванд. Дар асл, онҳо метавонанд бевосита дар бинии мо ҷой гиранд.

Квантӣ думдор

Вақте ки шумо бедор мешавед ва қаҳва ё буридаи нонро дар тостер ҷовидонаатон ҳис мекунед, дар бинии шумо чӣ рӯй медиҳад? Ин танҳо як таассурот барои ин узви ҳассос дар рӯй аст. Тавре Энрико Ферми, ки аввалин реактор дар ҷаҳон сохта шудааст, замоне пиёз бирён карда буд, қайд кард, хуб мебуд, ки фаҳмем, ки чӣ гуна узви ҳисси мо чӣ гуна кор мекунад.

Механикаи квантӣ (© Ҷей Смит)

Ҳамин тавр, шумо дар бистар хобида, дар бораи тайёр кардани вудкои тару тоза фикр мекунед. Молекулаҳои бӯй тавассути ҳаво равонанд. Нафаскашии шумо баъзе аз ин молекулаҳоро ба ҷои бинии байни чашмони худ, дар болои даҳон мекашад. Молекулаҳо ба қабати луобпардаи сатҳи пуфаки бинӣ часпида, дар ретсепторҳои бӯйбандӣ қарор доранд. Асабҳои хушбӯй аз мағзи сар чун дандонҳои медуза овезон ҳастанд, онҳо ягона узви системаи марказии асабанд, ки доимо ба олами беруна дучор меоянд.

Баъд чӣ рӯй медиҳад, комилан маълум нест. Мо медонем, ки молекулаҳои бӯй бо яке аз 400 ретсепторҳои гуногун дар сатҳи луобпарда пайваст мешаванд, мо аниқ намедонем, ки ин тамос эҳсоси бӯи моро чӣ гуна эҷод мекунад. Чаро фаҳмидани бӯй ин қадар душвор аст?

Эндрю Ҳорсфилд, муҳаққиқ дар Коллеҷи Империалии Лондон мегӯяд:

"Қисман аз сабаби душвории гузаронидани таҷрибаҳо барои санҷидани он, ки дар дохили ретсепторҳои бӯйбӯй чӣ мегузаранд."

Бӯй чӣ гуна кор мекунад

Шарҳи маъмулии тарзи кори бӯй оддӣ менамояд: ретсепторҳо шаклҳои хеле мушаххаси молекулаҳоро мегиранд. Онҳо ба монанди қуфлҳост, ки танҳо бо тугмаҳои дуруст кушода мешаванд. Тибқи ин назария, ҳар яке аз молекулаҳои ба бинӣ воридшаванда ба маҷмӯи ретсепторҳо дохил мешаванд. Майна омезиши беназири ретсепторҳои фаъолкунандаи молекула, ба мисли бӯи қаҳваро тафсир мекунад. Ба ибораи дигар, мо шаклҳои молекулаҳоро эҳсос мекунем! Аммо, мушкилоти куллӣ бо модели "кушодани калид" вуҷуд дорад.

Хорсфилд мегӯяд:

"Шумо метавонед молекулаҳои дорои шаклҳо ва таркибҳои хеле мухталиф дошта бошед, ки ҳамаи онҳо ба шумо таассуроти яксон медиҳанд."

Чунин ба назар мерасад, ки чизи на танҳо шакл бояд ҷалб карда шавад, аммо чӣ? Як алтернативаи баҳснок ба ин модел нишон медиҳад, ки ҳисси мо на танҳо бо шакли молекулаҳо, балки тавассути тарзи ларзиши ин молекулаҳо низ фаъол мешавад. Ҳама молекулаҳо бо назардошти сохтори худ доимо бо басомади муайян ларзиш мекунанд. Оё бинии мо метавонад ба гунае фарқияти он басомадҳои ларзишро ошкор кунад? Лука Турин, биофизики Маркази пажӯҳишии биотиббии Александр Флеминг дар Юнон, бовар дорад, ки онҳо метавонанд.

Назарияи ларзиши бӯй

Турин, ки низ ба яке аз мутахассисони машҳури атриёт табдил ёфтааст, аз назарияи ларзиши атр, ки аввалин бор химик Малколм Дайсон соли 1938 пешниҳод карда буд, илҳом гирифта буд. Пас аз он ки Турин ғояи Дайсонро дар солҳои XNUMX-ум бори аввал дарк кард, Турин ба ҷустуҷӯи молекулаҳое шурӯъ кард, ки ба ӯ имкон медиҳанд. озмоиш. Вай ба пайвастагиҳои сулфур, ки бӯи беназир ва ларзишҳои хоси молекулавӣ доранд, диққат дод. Пас аз он ба Турин лозим омад, ки як пайвастагии комилан ба ҳам алоқамандеро, ки шакли молекулавии он нисбат ба сулфат гуногун аст, аммо бо ҳамон басомади ларзишӣ бошад, муайян кунад, ки оё сулфур умуман вуҷуд дорад ё не. Дар ниҳоят, ӯ як молекулаи дорои борро ёфт. Он бешак бӯи сулфур дошт. "Ман дар ин ҷо афтодам," мегӯяд ӯ, "ман фикр намекунам, ки ин тасодуф бошад."

Аз он даме, ки ин эҳсоси хушбӯйро кашф кард, Турин далелҳои таҷрибавӣ барои дастгирии идеяро ҷамъ овард ва бо Ҳорсфилд кор карда, ҷузъиёти назариявиро кор кард. Панҷ сол пеш, Турин ва ҳамкорони ӯ як таҷрибаро тарҳрезӣ карданд, ки дар он баъзе аз молекулаҳои гидроген дар як бӯй бо изоляти изотопи гидроген бо нейтрон дар ядро ​​иваз карда шуданд ва муайян карданд, ки одамон фарқиятро ҳис карда метавонанд. Азбаски гидроген ва дейтерий шаклҳои якхелаи молекулавӣ доранд, аммо басомадҳои гуногуни ларзиш доранд, натиҷаҳо боз ҳам нишон медиҳанд, ки бинии мо дар ҳақиқат метавонад ларзишҳоро муайян кунад. Таҷрибаҳо бо пашшаҳои мева низ чунин натиҷаҳоро нишон доданд.

Оё мо инчунин ларзишҳоро ҳис мекунем?

Идеяи Турин баҳсбарангез боқӣ мемонад - маълумоти таҷрибавии ӯ ҷомеаи байнисоҳавии тадқиқотчиёни хушбӯйро тақсим кард. Аммо агар онҳо дуруст бошанд ва ба ғайр аз шаклҳо, мо инчунин ларзишҳоро ҳис кунем, бинии мо инро чӣ гуна иҷро мекунад? Турин тахмин мезад, ки эффектҳои квантӣ, ба истилоҳ нақбкуниро, дохил кардан мумкин аст. Дар механикаи квантӣ, электронҳо ва ҳамаи зарраҳои дигар хусусияти дугона доранд - ҳарду ҳам зарра ва ҳам мавҷ мебошанд. Ин баъзан имкон медиҳад, ки электронҳо аз тариқи мавод, ба монанди нақб, тавре гузаранд, ки тибқи қоидаҳои физикаи классикӣ зарраҳо манъ карда шаванд.

Ларзиши молекулавии бӯй метавонад ҷаҳиши энергияро ба энергияе таъмин кунад, ки электронҳо бояд аз як қисми ретсептор ба бӯи дигар ҷаҳиш кунанд. Суръати ҷаҳиш бо молекулаҳои гуногун тағир меёбад, ки ин импулси асабро ба вуҷуд меорад, ки дар мағз дарки бӯи гуногунро ба вуҷуд меорад.

Пас бинии мо метавонад детектори мураккаби электронӣ бошад. Чӣ гуна биниҳои мо бо ин роҳ таҳаввул мешуданд, то аз чунин вижагиҳои квантӣ истифода кунанд?

Турин мегӯяд:

"Ман фикр мекунам, ки мо ин технологияро, ба истилоҳ, бо чанд фармонҳои бузург баҳо медиҳем. Чор миллиард соли таҳқиқот ва рушд бо маблағгузории номаҳдуд барои эволютсия муддати тӯлонӣ аст. Аммо ман фикр намекунам, ки ин кори аҷибтарин аст, ки зиндагӣ мекунад. "