“最好别碰这个专业,自打薛定谔写了《生命是什么》以来,就想用物理学解释生物学。但这个或许听起来是蹩脚的,或许是时候未到,不要轻易的钻进去。”一个老教授劝解Jim Al-Khalili 。这个老教授觉得这个太扯了。
Jim Al-Khalili理解教授的保守,但坚持道:“咱们都是做物理学的,没有碰过生物,这无可厚非。但我们为什么不去碰生物呢,生物也不来碰物理。如果这两者之间有了关联,而且很重要,但我们都没有跨界交流,那科技的停顿该怪谁。”
老教授说:“先不说现在有没有太多人做,也不说这个行业是否成熟。你拿出个有说服力的东西,让我觉得这是值得的。”
Jim Al-Khalili 说:“光合作用的本质,可以考虑考虑把?”
老教授说:“光合作用顶多也只是光电效应而已,这就到尽头了。用不到什么太深的量子力学的东西。”
Jim Al-Khalili 说:“在光合作用中,能吸收光子的光敏分子,如叶绿素叫做发色团。发色团吸收特定波长的光子,其中一小部分光子的能量被转化为热量,也就是分子的振动,而大部分则变成了激子,也就是一种类似于粒子的能量包。激子这种能量包要被传导到一个集中处理站,光合反应中心,才能被用于生命活动。可是,发色团聚集成了一个类似于太阳能板的阵列,天线色素,而某个发色团产生的激子要到达光合反应中心,需要穿越其他发色团。”
老教授听到此处,在回忆自己上学时光合作用的原理,也让Jim Al-Khalili说慢点,然后挨个记光合作用的每个过程。
Jim Al-Khalili继续道:“传统生物理论认为,激子在发色团之间的传递像是随机乱传的击鼓传花,从一个发色团传给另一个,直到最后到达光合反应中心。这个过程叫做 F?rster 耦合。可是问题来了,激子要经历成百上千的发色团才能到达目的地,而每转手一次,就会损失一次能量。也就是说,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传输过程真的如此,那么它的理论效率就只有50%。但是,光合作用的效率是95%,超过人类已知的其他能量转化效率,而且发生十分迅速,这是传统理论无法解释的矛盾。”
老教授说:“然后呢,是量子隧穿效应在作祟?”
Jim Al-Khalili说:“经典的跳跃模型不正确也不充分,它对真实过程的描述是错误的,而且缺失了对光合作用无与伦比的效率的解释。激子的传递过程实际上利用的是量子相干性。激子具有波粒二象性,它类似于一个向四面八方传播的涟漪,可以同时探索池塘内,也就是天线色素中的各种通道,找到到达光合反应中心最有效的一条途径。”
老教授说:“那倒也是,如果把生物学往细处分析,也难免会涉及到常人难以理解的量子效应。”
Jim Al-Khalili说:“没错,量子相干性在光合作用的能量传递过程中起到了很大的作用,揭示了能量传输的效率。激子可以同时搜索所有的能量传输通道,找到其中最有效率的那条。”
Jim Al-Khalili继续道:“生物的尽头是化学,而量子相干和量子纠缠决定了共价键的形式。”
老教授说:“生物到达一定层面的时候才会涉及到量子力学,一般情况的话,还未到量子力学这个层面,就算是结题了。或许我的想法是错误的了。”