آیا افکار ما توسط مکانیک کوانتمی کنترل می شود؟(۳)

به سوی نور

یکی از مهمترین مشاهدات کوانتومی در حیطه علوم زیستی، به فلمینگ و همکارانش مربوط میشود. مطالعه آنها در باره فوتوسنتز در باکتریهای گوگرد سبز، که در سال 2007 در مجله Nature به چاپ رسید، به ردیابی جزئیات مراحل شیمیاییی می پردازد که به گیاهان امکان مهار کردن نور خورشید و استفاده از آن برای تبدیل مواد خام ساده به اکسیژنی که تنفس میکنیم و هیدراتهای کربنی که میخوریم را میدهد. تیم فلمینگ بویژه چارچوب پروتئینیی را مورد بررسی قرار داد که گردآورنده های نوری بیرونی باکتری را، که کلروسوم نامیده میشوند، به مراکز واکنشی موجود در اعماق سلولها متصل میکند. این باکتریها، برخلاف خطوط انتقال برق که بیش از بیست درصد انرژی را هنگام انتقال به هدر میدهند، انرژی را با بازده باورنکردنی 95 درصد یا حتی بالاتر منتقل میسازند. 

 

جلبکهای سبز احتمالا از محاسبات کوانتومی برای تبدیل نور خورشید به غذا استفاده میکنند.

راز این قضیه، چنانکه فلمینگ و همکارانش دریافتند، عبارت است از فیزیک کوانتومی.

 

پژوهشگران به منظور آشکار کردن ساز و کار درونی باکتریها، پروتئینهای پیوندی را توسط چندین پالس لیزر فوق سریع مورد اصابت قرار دادند. سپس طی یک مقطع زمانی چند فمتوثانیه ای، انرژی نورانی را در مسیر خود از چارچوب تا مراکز واکنش سلولی، یعنی جاییکه تبدیل انرژی انجام میشود، ردیابی نمودند.

 

اینجا بود که حقیقت آشکار گردید: انرژی، به جای اینکه طبق پیش بینی فیزیک کلاسیک، بطور اتفاقی از یک کانال پیوندی به کانال بعدی حرکت کند، بطور همزمان، در چند جهت به حرکت می پردازد. نظریه پژوهشگران این بود که فقط هنگامی که انرژی به انتهای مجموعه ای از پیوندها میرسد، با نگاه به گذشته، یک مسیر بهینه میتواند پیدا شود. در آن نقطه، فرآیند کوانتومی فرو می ریزد و انرژی الکترون، این بهینه ترین مسیر منحصر بفرد را طی میکند.

 

الکترونهایی که درون یک برگ یا یک شکوفه باکتریایی گوگرد سبز حرکت میکنند، در واقع یک گذار تصادفی کوانتومی (Quantum Random Walk) – که یک نوع اولیه از محاسبات کوانتومی است – را انجام میدهند تا بهینه ترین مسیرانتقال را برای انرژی خورشیدیی که حمل میکنند، بیابند. فلمینگ میگوید: " ما نشان داده ایم که این گذار تصادفی کوانتومی واقعا وجود دارد. ولی آیا بطور قطع ثابت کرده ایم که این امر سبب افزایش بازدهی میشود؟ هنوز نه. اما حدس ما این است و بسیاری نیز با آن موافق هستند." 

پژوهشگران که با این کشفیات به وجد آمده اند، به دنبال تقلید قابلیتهای کوانتومی طبیعت هستند تا بتوانند گردآورنده هایی با بازده نزدیک به فوتوسنتز برای انرژی خورشیدی بسازند. آلن آسپورو گوتزیک، استادیار شیمی و زیست شناسی شیمیایی در دانشگاه هاروارد، تیمی را رهبری میکند که در حال پژوهش روی روشهایی است برای استفاده از آموزه های کوانتومی فوتوسنتز در سلولهای خورشیدی آلی. این پژوهش فعلا در اولین مراحل خود قرار دارد، اما آسپورو گوتزیک معتقد است که میتوان از کار فلمینگ در عرصه رقابت برای تولید سلولهای خورشیدی ارزان و کارآمد با ملکولهای آلی استفاده کرد.

DiscoverMagazine.com , January 13, 2009منبع: 

مترجم:  بهزاد مقصودی