Co JE в квантова механіка і як це почалося? Якщо Макс Планк не ігнорував одну погану пораду, він ніколи не почав революції в атомістиці. Ключовим моментом став 1878, коли молодий Планк попросив одного з його професорів чи продовжувати кар'єру в фізиці. Професор Філіп фон Джоллі сказав Планку, що він знайде іншу роботу. Всі важливі відкриття в фізиці вже були зроблені, запевнив професор його молодого захисника.

Як згадував Плань пізніше, фон Джоллі сказав:

«Фізика може бути продовжена навіть незначно, розслідування або покласти в порядок і tamtoho цього, але система в цілому закріплена і теоретична фізика значно наближається до завершення.»

Поставивши одну з цих маленьких речей на практиці, виявилося, що він згодом отримав це План Нобелівської премії і вона народилася квантова механіка. Неприємна дрібниця викликала дуже поширений феномен: Чому об'єкти виникають у тому вигляді, в якому вони це роблять під час розігріву? Всі матеріали, незалежно від того, з чого вони зроблені, ведуть себе так само при підвищенні температури - вони випромінюють кольори червоного, жовтого і, нарешті, білого кольору. Немає фізика в 19. століття не міг пояснити цей, здавалося б, простий процес.

Проблема виявилася "ультрафіолетовою катастрофою", оскільки найкраща теорія передбачала, що об'єкти, що нагріваються при дуже високих температурах, повинні випромінювати найбільш короткі енергії довжини хвилі. Оскільки ми знаємо, що сильний струм не приносить лампочки в такі енергетичні пучки смерті, фізику в 19. Тут явно не було останнього слова.

Енергія може поглинатися

Планк знайшов відповідь вже в 1900 з тим, що став сучасним хітом. По суті, він думав, що енергія може бути поглинена або передана лише в окремих кількостях або кількостях. Це був радикальний відхід від класичної фізики, яка вимагала енергії, яка протікала безперервним безперервним потоком. У той час Планк не мав теоретичних причин, але він також виявився працюючим. Його квант ефективно зменшив кількість енергії, яку можуть нагріти предмети на будь-якій температурі. Нарешті, немає смертельного ультрафіолетового проміння!

Квантова революція

Так почалася квантова революція. Потрібні були десятиліття теоретичної роботи Альберта Ейнштейна, Вернера Гейзенберга, Нільса Бора та інших титанів фізики, тому він змінив натхнення Планка для всеосяжної теорії, але це був тільки початок, тому що ніхто не розумів, що відбувається з об'єктами при нагріванні.

Теорія квантової механіки, яка має справу з частками і передачами енергії в області найдрібніших частинок, отриманих з нашого повсякденного досвіду, і все, що невидимо для нашого незграбного сенсоріум. Не все абсолютно невидиме! Деякі квантові ефекти приховані від очей, хоча вони яскраві і красиві, як сонячні промені і блиск зірок, як і все інше, що не може бути повністю пояснено до появи квантової механіки.

Скільки феноменів з квантового світу ми можемо пережити у нашому повсякденному житті? Яка інформація може виявити наші почуття в реальній природі реальності? Зрештою, як показує оригінальна теорія, квантові явища можуть лежати прямо під нашим носом. Фактично, вони можуть статися прямо в нашому носі.

Квантовий бампер

Що відбувається у вашому носі, коли ви прокидаєтесь і відчуєте запах кави або шматочок хліба у вашому безсмертному тостера? Для цього сенсорного органу на обличчі це просто враження. Точно так само, як Енріко Фермі, який побудував перший ядерний реактор у світі, одного разу обсмажив цибулю, було б приємно зрозуміти, як працює наш орган чуття.

Квантова механіка (© Джей Сміт)

Отже, ти лягаєш в ліжко і думаєш про підготовку свіжого підсмаженого тосту. Молекули аромату протікають через повітря. Твоє дихання потягне частину цих молекул у порожнину носа між очима над ротою. Молекули прикріплюються до слизової оболонки на поверхні носової порожнини та затримуються в нюхових рецепторах. Онічні нерви висять з мозку, як медузи, вони є єдиною частиною центральної нервової системи, яка постійно піддається впливу зовнішнього світу.

Що відбувається далі, це не зовсім зрозуміло. Ми знаємо, що молекули ароматичних зв'язків зв'язані з різними рецепторами 400 на поверхні слизової оболонки, ми точно не знаємо, як і як цей контакт створює наш нюх. Чому так важко зрозуміти запах?

Ендрю Хорсфілд, вчений з Імперського коледжу в Лондоні, каже:

"Частково це через труднощі проведення експериментів, щоб перевірити, що відбувається всередині нюхових рецепторів".

Як працює запах?

Традиційне пояснення того, як працює запах, здається простим: рецептори набувають дуже специфічну форму молекул. Вони схожі на замки, які можна відкрити лише правильними клавішами. Згідно з цією теорією кожна з молекул, яка потрапляє в ніс, вміщується в набір рецепторів. Мозок інтерпретує унікальну комбінацію активованих молекулами рецепторів, таких як запах кави. Іншими словами, ми відчуваємо форми молекул! Однак існує принципова проблема з моделлю «відкриття ключа».

Horsfield говорить:

"Ви можете мати молекули з дуже різними формами та композиціями, які дають вам одне і те ж почуття".

Здається, що має бути задіяне щось більше, ніж просто форма, але що? Суперечлива альтернатива цій моделі свідчить про те, що наше відчуття активізується не тільки формою молекул, але і способом вібрації цих молекул. Всі молекули постійно вібрують з певною частотою, залежно від їх структури. Чи міг би наш ніс якось виявити різницю в цих вібраційних частотах? Лука Турін, біофізик з Центру біомедичних досліджень Олександра Флемінга в Греції, вважає, що вони можуть.

Теорія вібрації аромату

Турин, який також став одним з провідних світових експертів з отдушку натхненний теорії вібрації аромату, перший запропонував хімік Malcolm Dyson в 1938. Після того, як Турин в дев'яностих роках вперше Dyson зловив цю ідею, він почав шукати молекули, які дозволять йому перевірити цю теорію. Він зосереджений на сполуках сірки, які мають унікальний запах і характерні молекулярні коливання. Потім Турин необхідно, щоб ідентифікувати повністю незв'язані сполуки з різною молекулярною формою, ніж сірка, але з тією ж частотою коливань, щоб визначити, чи є щось на зразок сірки. З часом знайдено молекулу, що містить бору. Вона повинна була пахнути, як сірка. "Я роблю це, - каже він, - я думаю, що це не може бути випадково."

З тих пір, як він виявив цю нюхову сенсацію, Турін зібрав експериментальні докази на підтримку цієї ідеї і працював з Хорсфілдом для вироблення теоретичних деталей. П'ять років тому Турін та його колеги розробили експеримент, в ході якого деякі молекули водню в ароматі були замінені дейтерієм, ізотопом водню з нейтроном в ядрі, і виявили, що люди можуть відчути таку різницю. Оскільки водень і дейтерій мають однакові молекулярні форми, але різні частоти коливань, результати знову дозволяють припустити, що наші носи можуть насправді виявляти вібрації. Експерименти з плодовими мухами показали подібні результати.

Чи ми також відчуваємо вібрацію?

Ідея Туріна залишається суперечливою - його експериментальні дані були розділені міждисциплінарною спільнотою дослідників нюху. Але якщо вони праві, і крім форм, ми також відчуваємо вібрацію, як це роблять наші носи? Турин припускав, що квантовий ефект може бути включений сюди, називається тунелювання. У квантовій механіці електрони і всі інші частинки мають подвійну природу - кожна з них є частиною і хвилею. Це іноді дозволяє рух електронів через матеріали, подібні тунелю, таким чином, щоб вони були заборонені частинками за правилами класичної фізики.

Молекулярна вібрація запаху може забезпечити енергетичний стрибок вниз по енергії, необхідній електронам, щоб перейти від однієї частини рецептора запаху до іншої. Швидкість стрибка змінюється з різними молекулами, що викликає нервові імпульси, які створюють у мозку сприйняття різних запахів.

Так що наш нос може бути складним електронним детектором. Як наші носи розвивалися, щоб скористатися такими квантовими особливостями?

Турін каже:

"Я думаю, що ми недооцінюємо цю технологію, щоб сказати кілька рядків. Чотири мільярди років досліджень і розробок з необмеженим фінансуванням - це тривалий час для еволюції. Але я не думаю, що це найдивкраще, що робить життя ".