مکانیک کوانتوم در پدیده های زیستی

مکانیک کوانتوم در دنیای امروز بسیار شناخته شده است؛ اما هنوز سوال های زیادی را برای بشر به جا گذاشته است. قوانین فیزیک کوانتوم برای پاسخ دادن به برخی سوالات بی‌جواب علم زیست‌شناسی بسیار موثر است.

مثال ها[ویرایش]

برای مثال در هنگام عمل فوتوسنتز در گیاهان ذرات پر انرژی نور _ فوتون ها _ وارد کلروپلاست گیاه میشوند. درحقیقت کلروپلاست از واحدهایی به نام گرانوم ساخته شده‌است که انرژِی خورشید را به دام می‌اندازد. هنگامی که فوتون داخل سبزدیسه(کلروپلاست) شد بایستی مستقیم به سمت گرانوم برود و نباید به موانع در راهش برخورد کند زیرا انرژی‌اش را از دست میدهد. حال این سوال پیش می آید که چگونه فوتون گرانوم ها را پیدا میکند و مستقیم به سمت آنها میرود؟ پاسخ علم فیزیک کوانتوم به این سوال این است که چون فوتون رفتاری موج گونه دارد و به خاطر اصل عدم قطعیت، یک فوتون میتواند در یک لحظه در چند مکان باشد و مکان آن مشخص نیست. پس امکان حضور آن در تمام نقاط کلروپلاست وجود دارد. درنتیجه فوتون بلافاصله به گرانوم ها برخورد میکند و انرژی‌اش را به آنها می‌دهد. به مثال های دیگر توجه کنید: اثبات شده است که جهش های ژنتیکی از قواعد فیزیک کوانتومی پیروی میکند. و همچنین در برخی از فعالیت های بدن مانند کار آنزیم ها و حس بویایی نیز دنیای کوانتوم در آن حکمرانی میکند.

برای مثال در میان دوزیستان، غورباغه نابالغ که در آب زیست میکند برای از بین بردن دم خود نیاز به تجزیه‌ی رشته های محکم و پروتئینی کلاژن درون بافت دم خود را دارد اما این کار بدون وجود آنزیم ها بسیار طول میکشد که از عمر خود غورباغه بیشتر خواهد شد. به همین خاطر آنزیم ها با پیروی از مکانیک کوانتومی به میدان می آیند و در مدتی کوتاه دم غورباغه را تجزیه میکنند.

یا مثلا هنگام بوییدن یک گل سرخ مولکول های معطر آن وارد بینی میشوند و هر مولکول در جایگاه ویژه ی خود می‌نشیند و ما بوی آن را حس میکنیم. این عمل مانند فرو بردن یک کلید در قفل است. اما مسئله هنگامی جالب می شود که برخی مواد هم بو اصلا ساختار سه‌بعدی مولکولی هم‌شکل ندارند و نمیتوانند در یک جایگاه درون سلول های حسی بویایی در بینی قرار گیرند در نتیجه نباید بوی یکسانی داشته باشند اما دارند. برای مثال سیانید و کیک بادامی بوی یکسانی دارند اما از نظر ساختار مولکولی کاملا با هم متفاوتند. پس چگونه بوی یکسانی دارند؟؟ اینجاست که پای مکانیک کوانتوم به داستان باز میشود. در واقع وقتی مولکول بودار در جایگاه ویژه‌اش جای میگیرد به دلیل وجود ارتعاشات و خاصیت ارتجاعی موجود در بین پیوند های مولکولی‌اش، موج ها و فرکانس هایی تولید میکند که نورون ها را تحریک و باعث حس کردن بو ها می‌شود. در حقیقت وقتی الکترون ها به صورت کوانتومی در لایه ها جا‌به‌جا می‌شوند (به دلیل وجود نیروی هسته‌ای ضعیف) هسته‌ی اتم را نیز تکان میدهند و باعث لرزش پیوند های بین مولکولی در مولکول میشوند. حالا میتوان گفت چون مولکول سیانید و مولکول بادام لرزش ها و ارتعاشات یکسانی دارند و طول موج یکسانی تولید میکنند پس بوی یکسانی دارند.

از مثال های دیگر میتوان به پرنده‌ی مهاجر سینه سرخ اروپایی اشاره کرد که با استفاده از قطب نمای مغناطیسی‌اش راه خود را می یابد و این قطب‌نما با فیزیک کوانتوم کار میکند. در واقع این موضوع به مسائل درهم‌تنیدگی کوانتومی ربط دارد.