“最好別碰這個專業,自打薛定諤寫了《生命是什麽》以來,就想用物理學解釋生物學。但這個或許聽起來是蹩腳的,或許是時候未到,不要輕易的鑽進去。”一個老教授勸解jim al-khalili 。這個老教授覺得這個太扯了。
jim al-khalili理解教授的保守,但堅持道:“咱們都是做物理學的,沒有碰過生物,這無可厚非。但我們為什麽不去碰生物呢,生物也不來碰物理。如果這兩者之間有了關聯,而且很重要,但我們都沒有跨界交流,那科技的停頓該怪誰。”
老教授說:“先不說現在有沒有太多人做,也不說這個行業是否成熟。你拿出個有說服力的東西,讓我覺得這是值得的。”
jim al-khalili 說:“光合作用的本質,可以考慮考慮把?”
老教授說:“光合作用頂多也隻是光電效應而已,這就到盡頭了。用不到什麽太深的量子力學的東西。”
jim al-khalili 說:“在光合作用中,能吸收光子的光敏分子,如葉綠素叫做發色團。發色團吸收特定波長的光子,其中一小部分光子的能量被轉化為熱量,也就是分子的振動,而大部分則變成了激子,也就是一種類似於粒子的能量包。激子這種能量包要被傳導到一個集中處理站,光合反應中心,才能被用於生命活動。可是,發色團聚集成了一個類似於太陽能板的陣列,天線色素,而某個發色團產生的激子要到達光合反應中心,需要穿越其他發色團。”
老教授聽到此處,在迴憶自己上學時光合作用的原理,也讓jim al-khalili說慢點,然後挨個記光合作用的每個過程。
jim al-khalili繼續道:“傳統生物理論認為,激子在發色團之間的傳遞像是隨機亂傳的擊鼓傳花,從一個發色團傳給另一個,直到最後到達光合反應中心。這個過程叫做 f?rster 耦合。可是問題來了,激子要經曆成百上千的發色團才能到達目的地,而每轉手一次,就會損失一次能量。也就是說,走的冤枉路越多,光合作用的效率就越低。如果光合作用的能量傳輸過程真的如此,那麽它的理論效率就隻有50%。但是,光合作用的效率是95%,超過人類已知的其他能量轉化效率,而且發生十分迅速,這是傳統理論無法解釋的矛盾。”
老教授說:“然後呢,是量子隧穿效應在作祟?”
jim al-khalili說:“經典的跳躍模型不正確也不充分,它對真實過程的描述是錯誤的,而且缺失了對光合作用無與倫比的效率的解釋。激子的傳遞過程實際上利用的是量子相幹性。激子具有波粒二象性,它類似於一個向四麵八方傳播的漣漪,可以同時探索池塘內,也就是天線色素中的各種通道,找到到達光合反應中心最有效的一條途徑。”
老教授說:“那倒也是,如果把生物學往細處分析,也難免會涉及到常人難以理解的量子效應。”
jim al-khalili說:“沒錯,量子相幹性在光合作用的能量傳遞過程中起到了很大的作用,揭示了能量傳輸的效率。激子可以同時搜索所有的能量傳輸通道,找到其中最有效率的那條。”
jim al-khalili繼續道:“生物的盡頭是化學,而量子相幹和量子糾纏決定了共價鍵的形式。”
老教授說:“生物到達一定層麵的時候才會涉及到量子力學,一般情況的話,還未到量子力學這個層麵,就算是結題了。或許我的想法是錯誤的了。”
jim al-khalili理解教授的保守,但堅持道:“咱們都是做物理學的,沒有碰過生物,這無可厚非。但我們為什麽不去碰生物呢,生物也不來碰物理。如果這兩者之間有了關聯,而且很重要,但我們都沒有跨界交流,那科技的停頓該怪誰。”
老教授說:“先不說現在有沒有太多人做,也不說這個行業是否成熟。你拿出個有說服力的東西,讓我覺得這是值得的。”
jim al-khalili 說:“光合作用的本質,可以考慮考慮把?”
老教授說:“光合作用頂多也隻是光電效應而已,這就到盡頭了。用不到什麽太深的量子力學的東西。”
jim al-khalili 說:“在光合作用中,能吸收光子的光敏分子,如葉綠素叫做發色團。發色團吸收特定波長的光子,其中一小部分光子的能量被轉化為熱量,也就是分子的振動,而大部分則變成了激子,也就是一種類似於粒子的能量包。激子這種能量包要被傳導到一個集中處理站,光合反應中心,才能被用於生命活動。可是,發色團聚集成了一個類似於太陽能板的陣列,天線色素,而某個發色團產生的激子要到達光合反應中心,需要穿越其他發色團。”
老教授聽到此處,在迴憶自己上學時光合作用的原理,也讓jim al-khalili說慢點,然後挨個記光合作用的每個過程。
jim al-khalili繼續道:“傳統生物理論認為,激子在發色團之間的傳遞像是隨機亂傳的擊鼓傳花,從一個發色團傳給另一個,直到最後到達光合反應中心。這個過程叫做 f?rster 耦合。可是問題來了,激子要經曆成百上千的發色團才能到達目的地,而每轉手一次,就會損失一次能量。也就是說,走的冤枉路越多,光合作用的效率就越低。如果光合作用的能量傳輸過程真的如此,那麽它的理論效率就隻有50%。但是,光合作用的效率是95%,超過人類已知的其他能量轉化效率,而且發生十分迅速,這是傳統理論無法解釋的矛盾。”
老教授說:“然後呢,是量子隧穿效應在作祟?”
jim al-khalili說:“經典的跳躍模型不正確也不充分,它對真實過程的描述是錯誤的,而且缺失了對光合作用無與倫比的效率的解釋。激子的傳遞過程實際上利用的是量子相幹性。激子具有波粒二象性,它類似於一個向四麵八方傳播的漣漪,可以同時探索池塘內,也就是天線色素中的各種通道,找到到達光合反應中心最有效的一條途徑。”
老教授說:“那倒也是,如果把生物學往細處分析,也難免會涉及到常人難以理解的量子效應。”
jim al-khalili說:“沒錯,量子相幹性在光合作用的能量傳遞過程中起到了很大的作用,揭示了能量傳輸的效率。激子可以同時搜索所有的能量傳輸通道,找到其中最有效率的那條。”
jim al-khalili繼續道:“生物的盡頭是化學,而量子相幹和量子糾纏決定了共價鍵的形式。”
老教授說:“生物到達一定層麵的時候才會涉及到量子力學,一般情況的話,還未到量子力學這個層麵,就算是結題了。或許我的想法是錯誤的了。”