量子力學理論是現代物理學上的一個重大突破,很多物理學家堅信量子力學中蘊藏著眾多生命的秘密,在生靈萬物的細胞深處,粒子猶如魂魄般在細胞壁間穿梭。當植物俘獲陽光,這些光波將會同時入射到植物中各個細胞。而即便是我們自身的感官,也會與這靈異的量子振動相協調。在奇妙的量子生物學世界,生命只是一場概率遊戲,而規則由量子力學掌控。
量子力學在解釋眾多重要的生命過程中起到了關鍵的作用,量子力學甚至可能是生命存在的基礎。
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每逢冬季,有許多鳥類會南下過冬,然後再北上避暑,這就是我們熟知的遷徙。但是多年來,鳥類到底是如何精確地進行導航仍是生物學界最大的謎團之一,而最近的一個發現掀起了不小的轟動。
在過去幾年裡,有一種鳥類曾引發了一場科技變革,因為這種鳥使用了一種在整個科技界看來都頗為奇特的導航方式,它竟然利用了奇妙的量子力學,而這其中的原理曾困惑了許多偉大的物理學家,甚至包括愛因斯坦這樣偉大的物理學家。
所以當我們探索這種神秘的物種時會感到些許驚訝,這個物種被稱為「量子知更鳥」!
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在量子力學中講述了具有詭異特性的亞原子粒子,進入這個微觀世界,我們必須拋棄常識與直觀的思考方式。相反,那是一個物質可以像波那樣傳播的世界,量子粒子可以同時身處多地,並互相進行神秘的通信。
物理學家亨裡克一直在探究這樣一個理論,那就是知更鳥通過地磁場來導航,他的實驗室是一個絕妙的磁鳥籠,亨裡克利用的人工磁場和地磁場幾乎相同,隻不過他可以任何改變磁場的方向。
在他的實驗中,知更鳥總是順勢者磁場方向,並在這個方向留下刮痕,但最神秘的是它是如何感知的。
地磁場極其微弱,以至於任何生物都難以探測到,當亨裡克給知更鳥套上頭套後只露出知更鳥的眼睛,卻發現了一個有趣的線索。亨裡克發現,如果遮住了知更鳥的右眼,就關閉了大腦左半部分的磁場感知功能,如果遮住左眼,就會關閉右邊大腦的感知功能,知更鳥的眼睛中似乎藏有磁羅盤!
我們通常都用眼睛來獲取影像,但我們的眼睛還有另一個光探測機制。如果用手電筒照射我們的眼睛,會看到我們的瞳孔會縮小,這算是一種防禦機制用來保護我們的眼睛,我們的眼睛會對光粒子做出反映,光子所攜帶的能量顯然足夠刺激產生化學反應。
而光同樣會在知更鳥的眼睛中引起相同的化學反應,事實上入射到眼中的光子驅動著一種特殊形式的磁羅盤,深藏於細胞之中,遊弋於詭異的亞原子粒子世界,在那裡,僅有量子力學可解釋一切。
試著想像在知更鳥眼中的化學反應發生在能量谷之間,為了能觸發反應,首先需要把分子推到「山頂」,多虧了亨裡克的實驗,我們現在才知道光在其中出了很多力。但當其達到最頂端時,即使是最輕微的觸碰都會使分子在山頂發生偏移。
重點是,知更鳥的化學磁羅盤正平衡於兩個能量谷之間的頂峰,若其向一方偏移,則會產生一類化學產物。即便地磁場發生最細微的改變也會使分子倒向谷底,但是這違背常識,最後一個難題的解決取決於物理學中一個令人難以置信的想法,但如果你發現這難以理解沒有關係,因為即使是愛因斯坦也稱其為「幽靈」!
這個想法就是量子糾纏,其中講到兩個粒子之間的通信速度似乎比光速還要快,在1935年,愛因斯坦發表了一篇著名的論文,認為這根本不可能,但愛因斯坦錯了!
近些年來,一些機器精準的實驗顯示亞原子粒子確實存在糾纏,這就意味著,兩者即使在宇宙兩端也能瞬間影響著彼此,這也同樣說明,似乎同樣的事情也發生在知更鳥的眼中。
當一個光子進入知更鳥的眼睛中,會產生一隊所謂的糾纏電子,而每個電子都具有兩種可能的狀態,為了便於理解,暫且把它們稱為紅和綠,而奇怪的就在於此,除非我們測量它們,否則二者不分彼此,但又能同時區分開來。
把這些電子想像成轉盤,它們即是紅也是綠,當我們發射一個飛鏢,才可以迫使第一個電子成為兩者之一,這麼看來,這就像一場概率遊戲,除非我們發射飛鏢否則不會知道結果。
如果我們現在知道第一個電子是紅,假設現在測量第二個電子,你一定會認為我們獲得紅和綠的可能性各有一半,畢竟這種人為是按照常理所做出的,但是你錯了。
在量子糾纏理論中,兩個電子存在神秘的聯繫。比如,如果我們首先得到紅色,那麼我們之後得到的總是紅色,這個遊戲毫無概率而言,就好像第一個電子一直在告訴著第二個該如何去做,這也就是為何愛因斯坦稱它們是幽靈,最不可思議的是,無論它們相隔多遠,電子似乎都知道它們應該具有相同的顏色。
而真正的重點在於,兩個電子並不需要具有相同的顏色,它們可以用其他方式發生糾纏,所以如果第一個電子是紅色,那麼第二個總會是紅色,這種神秘的聯繫似乎是量子知更鳥羅盤的終極秘密,因為地球磁場的方向可以影響其狀態,而這也是打破知更鳥化學羅盤平衡的重要原因。
地磁場的細微振動都可能影響知更鳥中電子的糾纏方式,而這也足以改變它的磁羅盤。我們終於知道如此微弱的地磁場是如何讓隻更妙感知磁場方向,如果磁場改變,則發生在知更鳥眼中的化學反應也會改變,並影響其對於磁場的判斷,突然之間,我們發現在鳥類中也存在著量子力學現象,這在生物學界也算是史無前例了,知更鳥是通過這幽靈般的量子糾纏來導航的!
想要看到這奧妙的量子效應,即使在極端苛刻的物理實驗室環境之下也極為困難,但知更鳥絲毫不費吹灰之力,這些實驗都是真實並得到過驗證,但仍然讓人覺得難以置信!
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