第二部分 量子世界中的生命(节选)P245-P324
03 光和作用中的量子节拍
光合作用中能量从光子到反应中心的传递效率算得上是最高的,因为传递效率几乎是100%。在理想情况下,几乎所有叶绿素分子吸收的能量都可以到达反应中心。如果能量不是取道最短进行传递,大部分乃至全部能量都会在传递中殆尽。光合作用的能量为何能如此擅长寻找捷径,一直以来都是生物学领域的一大谜题。
构成树的主要元素是碳,这些碳元素从何而来呢?答案是空气,树中的碳元素来自空气中的二氧化碳。古人看见树木拔地而起,就理所当然地认为构成树的物质来自于土壤。但是这个问题真正的答案是……树来自于空气……来自于二氧化碳,是树木吸收了二氧化碳并且转化了它,留下了碳,排出了氧。如今我们知道二氧化碳中的氧原子和碳原子结合得非常紧密……那么为什么树木可以将两者不费吹灰之力地分离?……阳光,氧原子在阳光的照射下与碳原子分离……留下的碳元素,加上水,就有了一棵参天大树!
——理查德·费曼
双缝实验对量子世界内涵的揭示直观而明确,那就是在微观的量子世界里,我们对宏观世界的所有认知都不再适用。粒子能够像波一样在空间里传播,而波在某些情况下也能够表现出单个粒子的运动方式。
对于像原子、电子和质子这样微小的物体,我们必须借助波粒二象性来理解它们的行为:如果我们不清楚它们会从哪条缝隙中穿过,它们的运动将符合波的性质,而当我们对它们的运动进行观察,它们的运动则符合粒子的性质。
量子相干性和退相干
coherence, decoherence
各种量子力学现象,比如波动性现象,同时具有多种状态的叠加态、精心排列的量子系统等被称为“量子相干性”;相对的,相干性丧失,量子现象变为经典现象的物
理过程则被称为“退相干”。
量子节拍
quantum beat
量子具有波粒二象性,因此会体现出波的特性,像音乐中的声波存在差拍振动和双缝实验中的干涉条纹一样,量子会表现出特有的频率节拍,这种节拍被称为量子节拍。
光合系统的独特之处就在于它是自然界中唯一可以把水当作“燃料”的过程。
生命就像是连接量子和经典世界的桥梁,栖息于量子世界的边缘。
这一章节中谈到了生命和量子,更多内容请看原书。谢谢大家。