不懂量子力学？没关系！你的身体懂，植物懂，

在宏观世界里，猫不能处于“死”和“活”状态。 ｜来源：Gerd Altmann

你可能不懂量子力学，但你的身体懂。当你的鼻子闻到气味时，你可能在不知不觉中使用了量子力学。

不仅仅是你。植物在阳光下进行光合作用，候鸟沿着地球磁场长距离迁徙，DNA 突变和酶催化的化学反应。这些过程都使用量子力学。一些科学家甚至认为，人脑就像一台量子计算机，神经元使用量子位来编码信息。

量子现象真的在生活世界中无处不在吗？情况可能是这样。

生命系统中也有量子效应？

我们生活在一个经典的世界里，任何事物都不能同时出现在两个地方；如果速度不够快，滚球就不能冲上山坡；物体运动的速度永远不能超过光速。

但在诡异的量子世界里，这些日常经验似乎被打破了：

光子、电子等微观粒子不仅具有粒子的性质，而且还具有波浪。它们可以同时处于两种不同的状态，比如同时穿过两个狭缝——这叫做量子相干性；它可以像幽灵一样穿过不可逾越的能量屏障——即所谓的量子隧道效应；两个纠缠粒子无论相距多远，都可以瞬间感知彼此的状态——即发生量子纠缠。

量子力学准确地描述了原子和分子的行为。当这些原子和分子在宏观世界聚集成复杂的生命形式时，量子效应会消失还是会跨越尺度？量子效应是否也存在于生命系统中？

长期以来，科学家们认为，量子效应只能在尺度极小、温度极低的极端环境中表现出来。在温暖潮湿的生命系统中，大量粒子的集体运动会产生嘈杂的背景噪音，淹没任何奇怪的量子效应。

但是越来越多的证据表明，量子现象在生命系统中普遍存在。植物的光合作用，迁徙的候鸟依靠磁场导航，人类闻到不同的气味，都依靠量子力学。

光合作用中的量子相干性

在光合作用中，光子会激发叶绿素分子中的电子产生一种激子。准粒子。接下来，激子从一个叶绿素分子移动到另一个叶绿素分子，直到它们到达一个称为反应中心的地方，该中心将能量转化为可以被植物代谢的化学能。

在植物中，这个转移过程的持续时间极短，效率接近100%。如果激子只是在叶绿素分子之间随机游走，最终意外撞击到反应中心，就会因为绕道而损失大量能量，这显然不是一种有效的行为。

2007 年发表在《自然》杂志上的一项研究发现，激子可能像波一样传播，可以同时感知所有可以到达反应中心的路径，并选择最有效的路径。换句话说，叶绿素分子之间激子的传递过程是量子相干的，这有助于提高植物的光合作用效率。

候鸟迁徙与量子纠缠

欧亚知更鸟（qú），俗称知更鸟，是一种习惯于夜间迁徙的候鸟。每年冬天，他们通过磁感向南飞行数千公里，仿佛有一个指南针，不会迷路。地球的磁场很弱，比冰箱贴弱100倍。这些候鸟怎么会有如此敏锐的磁感知能力？

欧亚知更鸟拥有神秘的第六感——磁感知能力，可以在飞行中定位和导航。 |来源：Corinna Langebrake, Ilia Solov'yov

研究发现，随着迁徙季节的临近，欧亚知更鸟视网膜中隐花色素CRY4的表达水平会增加，而在非迁徙鸟类中则出现这种现象不存在，因此科学家推测候鸟的磁感知能力很可能与隐花色素有关。

隐花色素是一种光敏蛋白。吸收光子后，会发生化学反应，产生自由基对。一个自由基对由两个自由基组成，每个自由基包含奇数个电子。这些电子可以相互产生量子纠缠，对地球磁场的方向很敏感。

在2021年6月23日发表在《自然》杂志上的一项新研究中，科学家首次成功获得了欧亚知更鸟的隐花色素蛋白CRY4，证明它确实具有明显的磁敏感性。施加磁场后，隐花色素蛋白在蓝光照射下发生化学反应，增加磁敏感自由基对的数量，从而帮助鸟类感知其身体相对于地球磁场的方向。

人的气味和量子隧道

人的鼻子可以区分 10,000 多种不同的气味。这是如何运作的？它可能与量子隧穿有关。

气味分子从空气进入鼻孔并与嗅觉神经元上的受体结合，使我们能够闻到不同的气味。然而，研究发现，硼烷和硫磺等不同形状的分子也会散发出臭鸡蛋的气味，而一些形状几乎相同的分子则散发出完全不同的气味。

如果嗅觉受体只对气味分子的形状敏感，似乎还不足以说明嗅觉的强大辨别力。因此，有化学家推测，嗅觉对分子化学键的振动频率也很敏感。当气味分子与受体结合时，如果它以一定的频率振动，分子中的一个电子就会通过量子隧道效应到达受体的另一侧。通过这个电子转移过程，大脑会接收到信号并判断出这是什么分子。

文章来源：《植物研究》 网址: http://www.zwyjzz.cn/zonghexinwen/2021/0712/1618.html