都是量子力学干的

也是量子力学让动物知道它们的方式。

丽莎·泽加

物理学家已经研究了动物磁罗盘中量子纠缠的作用。

物理学家已经发现，量子纠缠可能是特定分子感应磁场的能力的原因，但是还需要进一步的工作来用化学罗盘在动物(如奶牛)的磁场传感器中找到特定的分子。

许多动物都有磁感应能力，它们可以利用这种能力找到自己的路。这种被称为磁感应的磁场检测能力已经在许多动物中被发现，例如鸟类、海龟、鲨鱼、龙虾、奶牛、真菌、细菌...然而，科学家并没有完全理解这种能力的机制。在一项新的研究中，物理学家研究了量子纠缠在动物磁罗盘中的作用，并指出量子技术可以用来提高或降低动物化学罗盘的准确度，从而控制其他生物功能。

“我认为我们的工作清楚地表明，量子纠缠作为一种真正的量子效应，并不仅仅在孤立和高度受控的实验条件下起作用。”汉斯·布里格尔在PhysOrg.com告诉记者。他是因斯布鲁克大学的理论物理学教授。“它也可能存在并在生物相关系统中发挥作用，尤其是在化学罗盘中。我们已经在原则上描述了一种通过实验方法研究这个问题的方法。”

在他们最近发表在《物理学评论》上的一项研究中，布里格尔和他的合作者蔡建明和吉安·贾科莫·古力奇阐述了两种主要的磁感知假说。其中一种叫做“*基配对机制”。这种机制认为，当动物眼睛中的磁性受体被光子激活时，会产生一对*基。每个*基都有一个不成对的电子，这两个电子的自旋是相关的。*基和它们周围的弱磁场之间的相互作用可以导致不同形式的自旋关联，这样动物就可以“看到”磁场。

因斯布鲁克研究人员想确定的一件事是，*基对中的电子是否需要量子纠缠才能工作，或者经典关联是否已经能让指南针足够灵敏。经过计算，他们发现结果很大程度上取决于*基对的寿命:对于短时间存在的分子，如最近在自旋化学实验中使用的分子，量子纠缠具有明显的特征；另一方面，量子纠缠似乎在长期存在的分子中不起重要作用，例如欧洲知更鸟中的分子，它们被认为会引起磁感知。

由于科学家不能完全确定不同动物化学罗盘中的哪些分子在*基机制中发挥作用，动物是否使用量子纠缠来探测磁场已经成为一个公开的问题。然而，物理学家建议可以进行特定的实验来缩小动物磁感应的候选分子范围。例如，通过将π脉冲平行、垂直或以一定角度加到动物周围的磁场中，研究人员可以观察到量子控制如何影响动物的方向感。物理学家强调，在进行更安全的实验之前，必须对量子控制脉冲对生物组织的影响进行更多的研究。

光合作用是由量子力学完成的。

Sean Batam

科学家在光合作用中发现了量子力学的痕迹

多伦多大学的一组化学家发现藻类的光合作用是通过量子力学实现的。这是对量子生物学新兴领域的巨大贡献。

“想到大自然可能正在使用量子力学，这非常令人兴奋，也发人深省。”化学教授格雷格·斯科尔斯说，他是本周发表在《自然》杂志上的一项新研究的第一作者。“我们最近的实验表明，在正常条件下工作时，生物系统能够利用量子力学优化光合作用等重要过程。”

在光合作用中，一种叫做集光色素复合体的特殊蛋白质收集阳光，并将其中包含的能量传递给其他作为反应中心的蛋白质——后者是自然界独特的“太阳能电池”。Scholes和他的同事们从两种不同的海藻中分离出了集光色素复合物，并使用精确的激光实验方法，二维电子光谱，来研究它们在正常生活温度条件下的作用方式。

“为了模拟它们吸收阳光时会发生什么，我们使用飞秒激光脉冲来激发这些蛋白质，”斯科尔斯解释道，“这样我们就可以用计时器来监控后续反应，包括蛋白质中特定分子之间的能量流动。我们惊讶地发现，这样的能量流包含了一个长期存在的量子态。结果表明，被吸收的太阳能同时存在于两个地方——这是一个量子叠加态，或者说是量子相干态，这个态是量子力学的核心。

“这一发现以及最近的一些发现吸引了研究人员的注意力，主要集中在以下领域，”斯科尔斯说。“首先，这表明在这个复杂的生物系统中，即使在室温下，量子力学的概率规则也可能盖过经典力学。结果，能量可以在天线蛋白质的许多不同路径上同时流动——这种方式违背了我们的直觉。由此，我们可以想到一些潜在的奇妙问题。例如，通过量子力学收集阳光会给这些生物带来进化优势吗？也许藻类比我们人类“知道”量子力学早20亿年。

相关论文:这一发现发表在2月4日的《自然》杂志上，标题为“相干有线光收集——环境温度下合成海藻照片”。

DNA是由量子力学维持的。

物理学家说，纠缠DNA的是量子纠缠

一个新的理论模型表明，量子纠缠阻止了活分子的破裂。

不久前，有一段时间，生物学家发誓说量子力学在湿热的生命世界里不能玩任何把戏。

从那时起，量子生物学已经成为科学中最令人兴奋的新领域之一。现在看来，量子效应是一系列生物过程的核心，比如上面提到的光合作用和下面的动物识别。

现在，一群物理学家声称，生物学家可能永远也不会想到生物体内奇怪的量子力学定律的重要性。他们的新观点是，DNA是由量子纠缠维持的。

这个想法值得传播开来，让大家明白。纠缠是一种奇怪的量子过程，其中一个单一的波函数被用来描述两个不同的物体。在这种情况下，无论两个物体相距多远，它们的存在都是一样的。

新加坡国立大学的伊丽莎白·里佩尔和她的同事提出了一个问题:量子纠缠在DNA中扮演什么角色？为了得到答案，他们设计了一个简化的DNA理论模型，其中每个核苷酸包括一个带正电的*核和围绕*核的电子云。这团带负电的电子云可以相对于中心核心移动，形成电偶极子。当两个核苷酸形成碱基对连接时，它们的电子云必须向相反的方向移动，以确保结构的稳定性。

里佩尔和他的同事想知道当碱基对折叠成双螺旋时，这些物理学家称之为声子的振动会发生什么。

声子(振动量子)是以量子叠加态形式存在的量子物体，可以像其他量子物体一样纠缠在一起。

里佩尔和他的同事首先考虑了螺旋不受外部热量影响的情况。“显然，耦合谐振子链在绝对零度时纠缠在一起，”他们说。然后他们继续揭示量子纠缠在室温下也存在。

声子的波长与脱氧核糖核酸双螺旋的大小相似，这可能会形成驻波，这种现象称为声子陷阱。在这种情况下，声子不能轻易逃逸。之前已经发现声子限制会在类似尺寸的硅结构中引起问题。

如果这对螺旋结构没有整体影响，那也没什么，但是由Ripert和他的同事建立的模型显示它有很大的影响！尽管碱基对中的两个核苷酸以相反的方向振荡，产生量子叠加态，导致螺旋结构上的总效应相互抵消，但这在纯经典模型中是不可能的，因此螺旋结构的振荡会使自身分裂。

因此，在这种情况下，这些量子效应使DNA能够保持其结构。

当然，问题是如何证明它。他们提出了一个证据:使用纯经典分析，DNA保持其完整性所需的能量是不合理的，但他们的量子模型没有这个问题。这很有趣，但是他们必须获得一些实验证据，生物学家才能接受他们的观点。

在论文的最后，他们提出了一个令人兴奋的建议:量子纠缠可能会影响读取DNA链信息的方式，这可以用来设计实验。他们没有回答如何进行。

仍然有许多未解之谜，但这项研究仍有希望。