量子能量|量子力學

量子能量|量子力學

如果你對量子力學的概念感到困惑,不要慌,我相信你並不是唯一的一個。正如物理學家費恩曼所說的:“我想我可以有把握地說,沒有人理解量子力學。”

然而,量子理論卻滲透到我們生活的方方面面,它描述了我們生活的這個世界是如何運作的。例如,我們每天沐浴在太陽光之中,你可曾思考過為什麼太陽會發光?如果你不懂量子力學,就無法理解其中的奧妙。

生物學是一種化學,而化學是一門應用物理學。

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從長遠來看的話,一切都是量子的。如果沒有量子力學的解釋,我們目前對世界如何運轉的大部分法都不能成立,現代技術世界的一大半成果都不可能出現。而如今,越來越多的研究證明,量子力學不僅僅作用於非生命現象,在生命現象中仍舊起關鍵作用。沒有量子力學,我們就無法解釋酶的催化(量子隧穿)、光合作用(量子漫步)、鳥的導航(量子糾纏)、魚的嗅覺(量子自旋)、基因突變(量子躍遷)等生命現象。

雙螺旋結構中質子的位置決定了生命的“故事”
質子的位置是有量子而不是經典物理定律決定的。使生命成為可能的遺傳密碼毋庸置疑是量子密碼。基因突變是遺傳性變異的推手,而遺傳性變異讓最簡單的微生物進化成了如今地球上色彩斑斕、物種極度豐富的生物界。如果時間充裕,微小的失真也會引起巨大的變化。進化“通過保護和積累極其微小的可遺傳改進”

得以繼續。

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生命之舟駕馭著混沌之力,乘風破浪。
生命就像一艘船,狹窄的龍骨植根於量子岩層,它可以利用量子現象,比如量子隧穿或者量子糾纏維持自身的存在。在這種情況下,熱力學風暴有助於活細胞維持與量子世界的聯繫,而不是破壞它的量子相干性。死亡可能意味著生命喪失了有序的量子力學性質, 生命之舟在海上徒勞地抵抗著熱力學的風暴。生命駕馭著混沌之力,在經典世界與量子世界之間狹窄的邊緣上,乘風破浪

量子世界有很多奇異的性質,這些奇特的性質在生命現象中都會出現。

在微觀的量子世界中,粒子們的奇特性質包括:同時做兩件事(量子自旋)、能穿牆而過(量子隧穿)、具有幽靈般的聯結等(量子糾纏)。這些奇特的性質之所以沒有出現在宏觀的經典世界,是因為分子間的“測量”。而在生命中,這些分子特異性都會存在。

生命是一臺複雜的分子機器。

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生命有序性的自我維持需要依靠酶、色素、DNA、RNA 和其他生化分子的協同合作,而這些生化分子的性質則多數建立在諸如隧穿、相干性和糾纏態等量子現象上。量子範疇內發生的變化引起宏觀世界的效應是生命獨有的特徵,正是生命宏觀現象對量子世界的敏感性,讓奇特的量子現象造就了宏觀的我們。

人腦是一臺量子計算機。
量子計算機的運算能力以指數級的方式隨著量子位數目的增加而增長。如果大腦中萬億個神經元之間真的存在神秘的遙控力量,那麼原本獨立的每條神經中所包含的信息就可能通過這種方式被整合起來,“捆綁問題”也就迎刃而解了。大腦成了一臺原理神秘但是異常強大的量子計算機。

酶是生命的引擎。所謂的生命力不過是一種“催化反應”

酶參與了每一個活著的和死去的細胞中的每一個生物分子的合成與分解。與其他生命要素一樣,酶之於生命,生死攸關。酶在分子內或分子間操控著單個的原子、質子和電子。酶可以精確操縱基本粒子的運動,並藉此深入到量子世界中利用其奇異的法則。酶的作用機理正是“量子隧穿”。

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量子力學理論從量子一詞誕生,到今天有117年的歷史。量子力學已讓我們的生活翻天覆地。隨著對於量子力學研究的深入,實用化的量子產品終將迎來井噴的一天。

波爾說:“如果誰不曾對量子論感到震驚,他就根本沒有理解它。”

我們對於量子的無知,就像300多年前,人類對於光的無知一樣。人類探索量子世界秘密的過程,智慧之花也在悄然綻放。

也許,在未來的某一天,人類完全理解了量子的世界,才發現量子力學這門超現代科學本身,正是生命古老的事實。


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