Mekanîzmaya qûantûmê dihêle ku hûn şaxên bibînin, hîs bikin û dest wan bikişînin (beş 1)

21. 11. 2018
6. Konferansa Navneteweyî ya Exopolîtîk, dîrok û ruhanî

Çiye mekanîka kûantûmê û çawa dest pê kir? Ger Max Planck şîretek xerab paşguh nekira, şoreşa atomîstîkê qet dest pê nedikir. Kêliya girîng di 1878 de hat, dema ku ciwan Planck ji hêla yek ji profesorên wî ve hat pirsîn ku gelo ew ê pîşeyek fîzîkê bişopîne. Profesor Philip von Jolly ji Planck re got ku karekî din bibîne. Tête gotin ku hemî vedîtinên girîng ên di fîzîkê de berê hatine kirin, profesor parêzvanê xweyê ciwan piştrast kir.

Wekî ku Planck paşê bi bîr xist, von Jolly jê re got:

"Fîzîk dikare bi hêjayî, bi vekolîn an rêzkirina vê û wê, bidomîne, lê sîstem bi tevahî lenger e û fîzîka teorîk ber bi qedandinê ve ye."

Bi cîbicîkirina yek ji wan tiştên piçûk pratîkî, derket ku ew di dawiyê de bi ser ket Xelata Nobel a Planck û ew çêbû mekanîka kûantûmê. Berfirehiya nerehet fenomenek pir hevpar bû: Çima tişt dema ku têne germ kirin awayê ku ew dikin radikin? Hemî materyal, ji çi jî werin çêkirin, di zêdebûna germahiyê de heman reftar dikin - ew sor, zer û di dawiyê de spî diweşînin. Di sedsala 19-an de tu fîzîknasek nikaribû vê pêvajoya xuya sade şirove bike.

Pirsgirêk wekî 'felaketek ultraviolet' derket holê ji ber ku teoriya çêtirîn pêşbînî kir ku tiştên ku heya germahiyên pir zêde germ dibin divê enerjiya herî dirêj-pêla kurt derxînin. Ji ber ku em dizanin ku dê herikînek bihêz tîrêjên ronahiyê ber bi tîrêjên mirinê yên wusa enerjîk ve nekişîne, fîzîkî di sedsala 19-an de bi zelalî li vir peyva dawî neda.

Enerjî dikare were pejirandin

Planck di 1900-an de bersivek ku bû hitek nûjen dît. Bi rastî, wî texmîn kir ku enerjî tenê dikare di kwanda, an mîqdarên veqetandî de were vegirtin an veguheztin. Ew ji fîzîka klasîk dûrbûnek radîkal bû, ku îdîa dikir ku enerjî di herikînek domdar û domdar de diherike. Di wê demê de, ji Planck re tu hincetek teorîk jê re tunebû, lê dîsa jî derket ku bi vî rengî dixebite. Kûantûma wê mîqyasa enerjiya ku tiştên germ dikarin li her germahiyê derxînin bi bandor bi sînor kir. Ji ber vê yekê di dawiyê de tîrêjên ultraviyole yên mirinê tune!

Oreşa Quantum

Bi vî rengî şoreşa kuantûmê dest pê kir. Ew xebata teorîk a Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr, û titanên fîzîkî yên din bi dehsalan dom kir da ku îlhama Planck veguherîne teoriyek berfireh, lê ew tenê destpêk bû, ji ber ku kesî bi tevahî fam nedikir çi bi tiştan hat dema ku ew germ bûn.

Teoriya encam mekanîzmaya kûantûmê ye, ku mijar û veguheztina enerjiyê di warê perçeyên herî piçûk de, ji ezmûna meya rojane û her tiştê ku ji hêla amûra hestyarî ya meya nexuya ve nayê xuyang dike, mijûl dibe. Her tişt bi tevahî nayê dîtin! Hin bandorên kûantûmê ji ber çavan têne veşartin, her çend zelal û bedew bin jî, mîna tîrêjên rojê û birqokiya stêrkan, mîna tiştek ku berî hatina mekanîka kûantûmê bi tevahî nehatî vegotin.

Di jiyana xweya rojane de em dikarin çend diyardeyên ji cîhana kuantûmê biceribînin? Çi agahî dikarin hestên me di xwezaya rastîn a rastîn de bibînin? Beriya her tiştî, wekî teoriya xwemal nîşan dide, diyardeyên kûantûmê dikarin rastê di bin pozên me re bin. Bi rastî, ew dikarin rastê di pozên me de cih bigirin.

Quantum dûvikê

Gava ku hûn ji xew şiyar dibin û qehwa an pariyek nan di tosta weya nemir de bêhn dikin çi di pozê we de tê? Ew ji bo vê organa hestyarî ya li ser rûyê hanê tenê fêhmek e. Wekî ku Enrico Fermi, yê ku yekem reaktora nukleerê ya cîhanê çêkir, carek pîvaz sorkirî, destnîşan kir, baş e ku meriv fam bike ka organa meya hestyarî çawa dixebite.

Mekanîka Quantum (© Jay Smith)

Ji ber vê yekê hûn di nav nivînan de razayî û li ser çêkirina tostên nû difikirin. Molekûlên bîhnxweş di hewa re diherikin. Bêhna we ji van molekûlan hinekî ji devê hundurê çavên we, di jorê pozê we re, dikişîne. Molekûl li ser rûyê kûrahiya pozê bi tebeqeya mukozê ve girêdayî dibin û di receptorên bîhnxweş de asê dibin. Nêrgizên bîhnxweş ji devê mizgeftê ve mîna tentakulên jellyfishê ve daleqandî ne, ew tenê perçeyek pergala rehikan a navendî ne ku bi domdarî li cîhana derve radiweste.

Ya ku paşê diqewime bi tevahî ne diyar e. Em dizanin ku molekulên bêhnê bi yek ji 400 receptorên cihêreng ên li ser rûyê mukozê ve girêdayî ne, em nizanin ev têkilî hest û bîhna me çi û çawa çêdike. Fêmkirina bêhnê çima ew qas dijwar e?

Andrew Horsfield, lêkolînvanek Imperial College London, dibêje:

"Beşek ji ber dijwariya meşandina ezmûnan ji bo kontrolkirina çi di hundurê receptorên bîhnxweş de."

Çawa bîhnxweş dixebite

Daxuyaniya kevneşopî ya ku bêhn çawa hêsan xuya dike: receptor şeklên pir taybetî yên molekûlan digirin. Ew mîna qeflên ku tenê bi keys rast têne vekirin hene. Li gorî vê teoriyê, her molekulên ku dikevin pozê dikevin nav komek receptor. Mêjî têkeliyek bêhempa ya receptorên molekul aktîfkirî, wekî bêhna qehwê şîrove dike. Bi gotinek din, em şeklên molekûlan hîs dikin! Lêbelê, pirsgirêkek bingehîn a modela 'vekirina kilît' heye.

Horsfield dibêje:

"Hûn dikarin bibin xwedan molekulên bi teşe û pêkhateyên pir cûda, yên ku hemî bandora we didin."

Wusa dixuye ku divê ji şeklê pêve tiştek pê re hebe, lê çi? Vebijarkek nakokî ya li hember vê modelê destnîşan dike ku hesta me ne tenê bi teşeya molekûlan, lê di heman demê de bi awayê lerizîna van molekûlan jî çalak dibe. Hemî molekul, li gorî binyada xwe, di frekansek diyar de tim dihejin. Ma pozê me dikare bi rengekî cûdahiyên di wan frekansên lerzok de diyar bike? Luca Turin, bîyofîzîknasek Navenda Lêkolînê ya Bijîşkî ya Alexander Fleming li Yewnanîstanê, bawer dike ku ew dikarin.

Teoriya vibrasyonê ya bîhnxweş

Torino, ku di heman demê de bû yek ji pisporên herî mezin ên bîhnxweş ên cîhanê, ji teoriya vibrasyonê ya bîhnê hat îlham kirin, ku yekem car ji hêla kîmyager Malcolm Dyson ve di sala 1938 de hate pêşniyar kirin. îmtîhan. Wî bal kişand ser pêkhatên kewkurtê yên ku bêhnek bêhempa û lerizînên molekulî yên taybetî hene. Paşê Turîn hewce bû ku pêkvekek bi tevahî negirêdayî, bi rengek molekulî ya ji gûrfê cuda, lê bi heman frekansa lerzê, nas bike da ku bibîne gelo li wir tiştek wekî kewkurtê heye an na. Di dawiyê de wî yekê dît, molekulek ku bor heye. Bêguman bêhna wê wekî kewkurtê dihat. "Ez pê li vir ketim," ew dibêje, "ez nafikirim ku ew dikare bibe rasthatinek."

Ji dema ku wî ev hesta bîhnxweş vedît, Turin delîlên ceribandî berhev kir ku ramanê piştgirî bike, û bi Horsfield re xebitî ku hûrguliyên teorîk bixebitîne. Pênc sal berê, Turin û hevalên wî ezmûnek ku hin molekulên hîdrojenê yên di bîhnekê de bûn bi deuterium, îzotopa hîdrojenê ya ku bi nukleerê ve di navikê de ye, hatin guhertin û dîtin ku mirov dikare cûdahiyê hîs bike. Ji ber ku hîdrojen û deuterium xwedan eynî şiklên molekulî ne lê frekansyonên vibrasyonê yên cuda hene, encam dîsa destnîşan dikin ku pozên me bi rastî dikarin lerizînan tesbît bikin. Ceribandinên bi mêşên fêkiyan re heman encam derketin.

Ma em jî vibrasyonan hîs dikin?

Fikra Torîno bi nîqaş dimîne - daneyên wî yên ceribandî civakek navdîsîplîner a lêkolerên bîhnxweş dabeş kir. Lê heke ew rast in, û ji bilî teşeyan, em jî lerizînan hîs dikin, pozên me çawa dike? Turin texmîn kir ku bandorek kûantûmê, ku jê re tê gotin tunelkirin, dikare were nav kirin. Di mekanîzmaya kuantumê de, elektron û hemî perçeyên din xwedan cewherîyek dualî ne - her yek jî perçeyek û pêlek e. Ev carinan dihêle ku elektron di nav materyalên mîna tunelek de, bi rengek ku li gorî rêgezên fîzîka klasîk li ser perçeyan were qedexekirin, bigerin.

Livîna molekulerî ya bêhnê dikare enerjiya ku elektronan hewce dike ku ji yek perçek receptorê bîhnê biçe perçeyek din ve, enerjiyek peyda bike. Leza avêtinê bi molekulên cihêreng diguheze, ku ev dibe sedemên impresyonên rehikan ku di mejî de têgihiştina bîhnên cihêreng diafirînin.

Ji ber vê pozê me dikare bibe detektorek elektronîkî ya sofîstîke. Çawa dibe ku pozên me bi vî rengî pêşve diçin ku ji taybetmendiyên wusa kûantûm sûd werbigirin?

Torîno dibêje:

"Ez difikirim ku em vê teknolojiyê kêm nirx dikin, da ku em bêjin, bi çend rêzikên mezinbûnê. Çar mîlyar sal lêkolîn û geşedana bi fonên bêsînor ji bo peresendê demek dirêj e. Lê ez nafikirim ew tişta herî ecêb a ku jiyan dike. "

Mekanîzmaya kûantûmê

Beşên din ji rêzê