候鳥遷徙聞出氣味都需要量子力學？量子生物學正在佔領地球
凡是我們做不出來的，就是我們還不理解的。
理查德·費曼
知更鳥的磁感應能力靠的是量子力學？
我們從小就知道候鳥南飛，候鳥的腦袋裡似乎有一個羅盤，能夠輕而易舉地感知方向，羨煞了我等廣大路痴。
然而知更鳥的體內羅盤並不像是我們常見的指南針——
科學家們做了一個實驗：他們把一群知更鳥關在了一個屏蔽外部磁場的小房子里，並在其中加了一個人造磁場，他們發現小鳥們划出的軌跡是順著磁場線方向的。然後他們把室內磁場調轉了180°，小鳥的軌跡還是一樣的。
於是科學家認為，知更鳥的磁感應系統更像是磁傾角羅盤。這種羅盤並不區分南北，但是能感受到磁場線與地面的夾角。那知更鳥如何感應到這種傾角呢？
首先，在之前《我試圖不用公式講講量子力學》說過光的粒子性，這些光子具有能量，比如我們自己的瞳孔就會因為光線的強弱而收縮，不要讓更高的能量傷害我們嘛。
知更鳥的眼睛更高級一點，它們的眼睛中有一種神奇的光感受器，受到光的刺激後會激活產生自由基。
自由基的定義：高速三重態反應中，化學鍵斷裂後，兩個帶有未成對電子、相互分離的被稱為自由基。這兩對電子就是傳說中的量子糾纏，具備自旋單態和自旋三重態的疊加態……
說完定義下面我們繼續說人話。
這個自由基的自由，就說明了它非常不穩定。在化學反應中，不穩定的東西是待不住的，它需要反應成固定的產物，就是上面定義里的單態或者疊加態。我們可以把它的狀態想像成還在旋轉的鐵鈷鎳硬幣，微弱的磁場就會讓它來回偏倒。而這個偏倒就會產生夾角，從而感受出地磁場與體內小羅盤的夾角啦。
所以，量子生物學家認為，磁感應靠的是量子力學！
我們的鼻子，是聽出味道的
我們如何聞出各種味道呢？之前的科學家們認為，氣味粒子具有特殊的分子結構，能和我們鼻子中的感受器較好地結合——就像是榫卯結構、01結構一樣。但是後來我們知道了越來越多的分子結構，發現許多結構非常不同的分子我們卻會聞出一樣的味道，比如苯甲醛和氰化物，我們聞起來卻都覺得是杏仁糖。這就好比一個6一個8，卻都說自己能插進0里。
量子生物學家又來了。他們說，我們的嗅覺感受器是靠聽的，它可以聽到分子化學鍵斷裂時引起的振動。
他們找來了有相同結構的分子A和B，但這兩種分子有著不同的化學鍵，科學家同時還培養了一群只認識A的果蠅。有一天，科學家們把果蠅們帶到了一個既有A又有B的地方，果蠅寶寶們很厲害地找到了它們A。
然後科學家又陸續找狗呀人呀做了這個實驗，我們的表現和果蠅一樣。
酶與量子隧穿
我們現在想像一個類似蛇吞象的曲線圖，我們從蛇頭走到蛇尾需要跨越大象的高度，這個高度被我們成為化學反應所需要的能量閾值。但是有了酶，我們就可以無需跨越直接達到蛇尾。
那麼，我們怎麼過去呢？最好的辦法就是穿過去。
這個穿過去的辦法，經典物理世界不能實現，但是量子世界可以。
量子隧穿：用量子力學的觀點來看，電子具有波動性，它的運動可以用波函數描述，而波函數遵循薛定諤方程，從薛定諤方程的解就可以知道電子在各個區域出現的概率密度，從而能進一步得出電子穿過勢壘的概率。該概率隨著勢壘寬度的增加而指數衰減。儘管位勢壘的高度大於粒子的總能量，但像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘。
如費曼大大所說，我們造不出酶一樣的物質，說明我們還沒有參透酶的催化劑原理。
但我們知道，酶操控著反應中的原子、質子、電子這些粒子，那麼或許，酶，可以用量子隧穿來解釋它的強大催化能力。
薛定諤方程
量子隧穿原理
來自無序有序的有序
熱力學定律所展示的規律，實質上是統計學上的規律（或許這就是為什麼它又叫統計力學吧），它的背後機制其實是分子的隨機運動，所以呢，它是平均意義上的正確。舉一個粒子，假設一個氣球內填充了10個粒子，那麼它對氣體定律的偏離程度會有1/10。通過這些氣體微小的變動產生的宏觀現象，被我們稱為：來自無序的有序。
總是在思考「生命是什麼」的薛定諤做了一個估算，如果按照統計力學的錯誤率，那麼我們基因的突變率應該小於0.001。但是實際上，我們基因的變異率是0.0000000001。不得不說，這是一種「來自有序的有序」。
基因太小了。它們很容易受到量子規則的影響，那麼一個微弱的電子躍遷就很可能引起基因突變。我們知道DNA由鹼基對A/T/C/G構成，A只能與T在一起，C只能與G在一起。但是分子中無時不刻不在運動的分子，可能一不小心就把質子晃的隧穿了一下。隧穿後的A可能就變成了不一樣的A，不一樣的A口味變了，見異思遷喜歡和C在一起……這種配對的混亂會導致基因突變。
那麼怎麼驗證呢？
氫核比氘核更容易實現量子隧穿。科學家就把本在水（氫氧分子）中培養的細菌放入了重水（氘氧分子）中，突變率果然降低了。
未來
計算機是二進位的，而我們的大腦卻是好多維的，很像是量子的好多個狀態，那麼或許，我們的意識，當電流穿梭於神經纖維，撞擊在神經元之間，也是量子在起著妙不可言的作用。
或許終有一天，宇宙的起源、生命的起源、意識的起源，都可以由量子力學來得到最終的解釋。
文字：佯大謬
圖片：來源網路
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