Квантовата механика ви позволява да виждате, усещате и докосвате частиците (1 част)

21. 11. 2018
6-та международна конференция по екзополитика, история и духовност

Co JE да квантова механика и как започна? Ако Макс Планк не пренебрегна един лош съвет, той никога няма да започне революция в атомизма. Ключовият момент беше 1878, когато младият Планк поиска от един от неговите професори да преследват кариера във физиката. Професор Филип фон Джоли казал на Планк да си намери друга работа. Всички важни открития във физиката вече са направени, увери го професорът на младия си защитник.

Както Планк по-късно си спомня, фон Джоли каза:

"Физиката може да продължи да бъде незначителна, да изследва или да реорганизира това и онова, но системата като цяло се докосва и теоретичната физика се приближава до нейния край".

Като приложи една от тези малки неща на практика, се оказа, че в крайна сметка го е получил Нобелова награда Планк и тя се е родила квантова механика, Неприятното малко нещо включваше много често явление: Защо обектите се появяват по начина, по който го правят по време на загряване? Всички материали, без значение какво са направени, се държат еднакво при повишаващи се температури - те излъчват цветове червено, жълто и накрая бяло. Няма физик в 19. век не може да обясни този привидно прост процес.

Проблемът изглежда е "ултравиолетова катастрофа", защото най-добрата теория прогнозира, че обектите, затопляни при много високи температури, трябва да излъчват най-късата енергия на вълната. Тъй като знаем, че силен ток не довежда електрически крушки до такива енергийни лъчи на смърт, физиката в 19. Очевидно нямаше последна дума.

Енергията може да се абсорбира

Планк намерил отговора вече в 1900 с това, което стана съвременен хит. Всъщност той смята, че енергията може да бъде поглъщана или предавана само в отделни количества или количества. Това беше радикално отклонение от класическата физика, според която енергията преминаваше през непрекъснат непрекъснат поток. По това време Планк нямаше теоретична причина, но също се оказа, че работи. Квантът му ефективно намалява количеството енергия, което отопляемите изделия могат да отделят при всякаква температура. И накрая, няма смъртоносни ултравиолетови лъчи!

Квантова революция

Така започва квантовата революция, Отне десетилетия на теоретична работа на Алберт Айнщайн, Вернер Хайзенберг, Нилс Бор и други титани на физиката, така че промени Планк вдъхновение за цялостна теория, но това беше само началото, защото никой не разбира какво се случва с обекти при нагряване.

Теорията на квантовата механика, който се занимава с частици и енергийните предавания в областта на най-малките частици, получени от ежедневния ни опит и всичко, което е невидимо за нашата тромава сивото вещество на мозъка. Не всичко е напълно невидимо! Някои квантовите ефекти са скрити от погледа, въпреки че те са ярки и красиви като слънчевите лъчи и блясъкът на звездите, както и всичко друго, което не може да бъде напълно обяснено преди появата на квантовата механика.

Колко явления от квантовия свят можем да изпитаме в нашето ежедневие? Каква информация могат да открият нашите сетива в истинската същност на действителността? В края на краищата, както показва оригиналната теория, квантовите феномени могат да лежат точно под носа ни. Всъщност те могат да се случат точно в носа ни.

Квантова броня

Какво се случва в носа ви, когато се събудите и усетите миризмата на кафе или парче хляб в безсмъртния си тостер? За този сетивен орган на лицето, това е просто впечатление. Точно както Енрико Ферми, който построи първия ядрен реактор в света, след като пържеше лука, би било хубаво да разберем как работи нашия сензорен орган.

Квантова механика (© Джей Смит)

Така че легнете в леглото и помислете за подготовката на препечен препечен препечен хляб. Молекулите на аромата текат във въздуха. Дишането ви ще издържи някои от тези молекули в носната кухина между вашите очи, точно над устата. Молекулите са прикрепени към лигавичния слой на повърхността на носната кухина и са захванати в рецепторите за обоняние. Човечеството на нервите виси от мозъка като медузи, те са единствената част от централната нервна система, която постоянно е изложена на външния свят.

Това, което се случва по-нататък, не е съвсем ясно. Ние знаем, че ароматните молекули се свързват с различни рецептори на 400 на повърхността на лигавицата, ние не знаем точно как и как този контакт създава нашето усещане за миризма. Защо е толкова трудно да се разбере миризмата?

Андрю Хорсфийлд, учен в Imperial College London, казва:

"Отчасти поради трудността при провеждането на експерименти за проверка какво се случва вътре в обонятелните рецептори."

Как миризмата работи

Конвенционалното обяснение за това как действа ароматът изглежда просто: рецепторите приемат много специфични форми на молекулите. Те са като ключалки, които могат да се отворят само с правилните клавиши. Според тази теория всяка от молекулите, които влизат в носа, се вписва в набор от рецептори. Мозъкът интерпретира уникална комбинация от молекулно активирани рецептори, като миризмата на кафе. С други думи, ние усещаме формите на молекулите! Съществува обаче основен проблем с модела „отваряне на ключ“.

Хорсфийлд казва:

"Можете да имате молекули с много различни форми и композиции, които ви дават същото чувство".

Изглежда, че трябва да се включи нещо повече от просто форма, но какво? Противоречива алтернатива на този модел предполага, че чувството ни се активира не само от формата на молекулите, но и от начина, по който тези молекули вибрират. Всички молекули постоянно вибрират с определена честота, в зависимост от тяхната структура. Може ли носът ни по някакъв начин да разкрие разликите в тези вибрационни честоти? Лука Турин, биофизик от Биомедицинския изследователски център на Александър Флеминг в Гърция, вярва, че могат.

Вибрационна теория за аромата

Торино, който също се превръща в един от водещите световни експерти по парфюм е вдъхновен вибрации теория аромат, предложен за първи път химик Малкълм Dyson в 1938. След Торино през деветдесетте години, за първи път Dyson хванат тази идея, той започва да търси молекули, които ще му позволят да тестват тази теория. Той се фокусира върху серни съединения, които имат уникална миризма и характерни молекулярни вибрации. след Торино, необходима за идентифициране напълно несвързани съединения с различна молекулна форма от сярата, но със същия вибрационна честота да се определи дали има нещо като сяра. Най-накрая намери един, молекула, съдържаща бор. Сигурно миришеше като сяра. "Тук го правя", казва той, "мисля, че не е съвпадение".

От момента, в който откри това обонятелно усещане, Торино беше събрал експериментални доказателства в подкрепа на идеята и беше работил с Хорсфийлд, за да разработи теоретични подробности. Преди пет години Торино и колегите му създадоха експеримент, при който някои от водородните молекули в аромата бяха заменени от деутерий, изотоп на водорода с неутрон в ядрото, и откриха, че хората могат да усетят разликата. Тъй като водородът и деутерият имат еднакви молекулни форми, но различни вибрационни честоти, резултатите отново подсказват, че носовете ни действително могат да откриват вибрации. Експериментите с плодови мухи са показали подобни резултати.

Чувстваме ли и вибрация?

Идеята на Торино остава спорна - неговите експериментални данни са споделени от интердисциплинарна общност от изследователи на обонянието. Но ако те са прави и освен форми, ние също усещаме вибрацията, как правят носовете ни? Торино предположи, че тук може да се включи квантов ефект, наречен тунелиране. В квантовата механика, електроните и всички други частици имат двойна природа - всяка от тях е частица и вълна. Това понякога позволява движението на електрони чрез материали като тунел по начин, който би бил забранен от частици според правилата на класическата физика.

Молекулярната вибрация на миризмата може да осигури енергиен скок надолу по енергията, необходима на електроните, за да прескачат от една част на рецептора на миризмата в друга. Скоростта на скока се променя с различни молекули, което причинява нервни импулси, които създават в мозъка възприемането на различни миризми.

Така че нашият нос може да бъде сложен електронен детектор. Как могат да се развият нашите носове, за да се възползват от такива квантови особености?

Торино казва:

"Мисля, че подценяваме тази технология, да кажем няколко реда. Четири милиарда години научноизследователска и развойна дейност с неограничено финансиране е дълго време за еволюцията. Но не мисля, че това е най-невероятното нещо, което животът прави. "

Квантова механика

Повече части от серията