生物体内的量子世界本文转自：北京邮电大学出版

本文转自：北京邮电大学出版
要说哪一门学科完美地概括了科学的艰涩难懂，一定非量子物理学莫属。科学家告诉我们，量子世界中的微观居民以看似不可能的方式活动：它们可以同时出现在两个不同的地方，或者瞬间移位。
唯一令人欣慰的是，这些奇怪的量子行为对我们所知的宏观世界并没有什么影响。在我们的世界里，一统天下的是牛顿经典物理学。
至少，几年前科学家还是这样想的。

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现在，一度被认为可靠的认知开始分崩离析了。量子过程或许没有我们想象得那样遥不可及。恰恰相反，它们或许在一些我们非常熟悉的过程中发挥着作用，从给植物提供能量并最终给我们供给能量的光合作用，到鸟类的季节性迁徙。量子物理学甚至参与了我们的嗅觉。
实际上，量子效应或许正是自然界用来改进生命功能的许多手段之一，让我们的身体运转得更加流畅。在奇怪的量子世界的帮助下，我们甚至可以完成更多的事。
光合作用的过程看上去实在是过于轻松了。
从某种层面上来看，光合作用显得十分简单：植物、绿藻和某些细菌利用阳光和二氧化碳合成能量。然而，一直困扰生物学家的是，光合作用的过程看上去实在是过于轻松了。
科学家尤其对其中光能—化学能的转化过程感到困惑。光子穿越数十亿千米的空间，与窗外叶片中的电子发生碰撞。电子受到能量刺激，开始像弹力球一样来回撞击。它穿过叶片细胞中的一个狭小空间，把多余的能量传递给植物中作为能量货币的分子。
问题在于，这个微型的弹力球机器的运转过于良好。经典物理学认为，由于不规则运动，激发态电子穿越细胞需要花费一定时间。但实际上，这一过程要快得多。
此外，激发态电子在这一过程中几乎不会损失能量，而经典物理学认为电子在这个微型弹力球系统中来回碰撞会消耗一定能量。事实上，这一过程过于迅速、过于顺利、过于高效了，理想到不像是真的。
2007年，研究光合作用的学者开始看到曙光。科学家在光合作用的分子中心发现了量子效应的痕迹，而且电子运动的明显特征揭示，量子效应可能在光合作用中扮演着重要的生物学角色。

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这很可能是电子快速高效地通过光合作用系统的部分机制！量子效应的特性之一就是同时出现在多个地方——这一特性被称为量子态叠加。利用这一特性，电子可以在光合作用系统中同时存在于多条路线上。这样一来，它就可以在瞬间找到一条最短、最高效的路径，将碰撞的耗能降到最低。
量子物理学或许可以解释为什么光合作用的效率高到难以置信。
“我觉得，这就是那种人们开始意识到有什么激动人心的事情正在上演的时刻。”德国乌尔姆大学的量子物理学教授苏珊娜·赫尔佳说。
在此之前，叠加态这样的量子现象只有在高度控制的实验条件下才能看到。观察量子效应的典型实验条件包括将材料温度降至接近绝对零度，以减弱可能湮灭量子行为的其他原子活动。而且，即使在这样的温度条件下，材料仍然必须被隔绝在真空里，并且量子行为仍然微弱到只有用极其精密敏感的仪器才能检测到。