กลศาสตร์ควอนตัมช่วยให้คุณสามารถมองเห็นรู้สึกและสัมผัสอนุภาคได้ (ส่วน 1)

21 11 2018
การประชุมนานาชาติครั้งที่ 6 ของ exopolitics ประวัติศาสตร์และจิตวิญญาณ

มันคืออะไร? กลศาสตร์ควอนตัม และมันเริ่มต้นอย่างไร? ถ้า Max Planck ไม่สนใจคำแนะนำที่ไม่ดีเขาจะไม่เริ่มต้นการปฏิวัติใน atomism ช่วงเวลาที่สำคัญคือ 1878 เมื่อหนุ่ม Planck ถามอาจารย์คนใดคนหนึ่งของเขาว่าควรจะมีอาชีพทางฟิสิกส์หรือไม่ ศาสตราจารย์ Philip von Jolly บอก Planck เพื่อหางานอื่น ทุกค้นพบที่สำคัญในฟิสิกส์ได้รับการทำแล้วมั่นใจศาสตราจารย์ของผู้คุ้มครองหนุ่มของเขา

ขณะที่ Planck เล่าให้ฟังต่อมา von Jolly กล่าวว่า "

"ฟิสิกส์สามารถดำเนินการต่อไปได้เล็กน้อยตรวจสอบหรือปรับโครงสร้างที่และว่า แต่ระบบทั้งหมดถูกทอดทิ้งและฟิสิกส์ทฤษฎีกำลังใกล้จะสิ้นสุดลง"

โดยการใส่ของเล็ก ๆ น้อย ๆ เหล่านี้ลงในการปฏิบัติก็เปิดออกที่เขาได้รับในที่สุด Planck Nobel Prize เธอเกิดมา กลศาสตร์ควอนตัม. สิ่งที่อึดอัดเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่พบบ่อยมาก: ทำไมวัตถุเกิดขึ้นในลักษณะที่ทำในช่วงอุ่นเครื่อง? วัสดุทุกชนิดไม่ว่าพวกมันจะทำอะไรก็ตามมีพฤติกรรมเหมือนกันที่อุณหภูมิสูงขึ้น - พวกมันแผ่รังสีสีแดงเหลืองและขาว ไม่มีนักฟิสิกส์ใน 19 ศตวรรษไม่สามารถอธิบายกระบวนการง่าย ๆ นี้ได้

ปัญหานี้ดูเหมือนจะเป็น "ความหายนะของรังสีอัลตราไวโอเลต" เนื่องจากทฤษฎีที่ดีที่สุดคาดการณ์ว่าวัตถุที่ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงมากควรปล่อยพลังงานความยาวคลื่นสั้นที่สุด เนื่องจากเราทราบว่ากระแสไฟฟ้าแรงมากไม่ได้นำหลอดไฟเข้าไปในคานพลังงานเช่นความตายฟิสิกส์ที่ 19 เห็นได้ชัดว่าไม่มีคำพูดสุดท้ายที่นี่

พลังงานสามารถดูดซึมได้

Planck พบคำตอบแล้วใน 1900 กับสิ่งที่กลายเป็น Hit แบบสมัยใหม่ ในความเป็นจริงเขาคิดว่าพลังงานสามารถดูดซึมหรือส่งผ่านเฉพาะในปริมาณหรือปริมาณที่ไม่ต่อเนื่อง มันเป็นจุดเริ่มต้นที่รุนแรงจากฟิสิกส์คลาสสิกที่อ้างว่าพลังงานไหลผ่านกระแสอย่างต่อเนื่องอย่างต่อเนื่อง ในเวลานั้น Planck ไม่มีเหตุผลทางทฤษฎี แต่ก็ยังเปิดออกเพื่อจะทำงาน ควอนตัมช่วยลดปริมาณพลังงานที่เกิดจากการเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สุดท้ายไม่มีรังสีอัลตราไวโอเลตร้ายแรง!

Quantum Revolution

นั่นเป็นวิธีการปฏิวัติควอนตัมเริ่มขึ้น. มันต้องใช้เวลาหลายทศวรรษของการทำงานตามทฤษฎีของ Albert Einstein เวอร์เนอร์ไฮเซนเบิร์ก Niels Bohr และยักษ์ใหญ่อื่น ๆ ของฟิสิกส์จึงเปลี่ยนแรงบันดาลใจพลังค์สำหรับทฤษฎีที่ครอบคลุม แต่นั่นก็เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเพราะไม่มีใครเข้าใจจริงๆสิ่งที่เกิดขึ้นกับวัตถุเมื่อถูกความร้อน

ทฤษฎีของกลศาสตร์ควอนตัซึ่งเกี่ยวข้องกับอนุภาคและการส่งพลังงานในดินแดนของอนุภาคที่เล็กที่สุดที่ได้มาจากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของเราและสิ่งที่มองไม่เห็น sensorium เงอะงะของเรา ไม่ใช่ทุกสิ่งทุกอย่างที่มองไม่เห็น! ผลควอนตัมบางอย่างซ่อนอยู่ในสายตาแม้ว่าจะมีความสว่างและสวยงามเหมือนแสงแดดและดาวแวววาวเป็นอย่างอื่นที่ไม่สามารถอธิบายได้อย่างเต็มที่ก่อนการมาถึงของกลศาสตร์ควอนตัม

มีกี่ปรากฏการณ์จากโลกควอนตัมที่เราสามารถสัมผัสได้ในชีวิตประจำวันของเรา? ข้อมูลความรู้สึกของเราสามารถค้นพบได้ในธรรมชาติที่แท้จริงของความเป็นจริง? หลังจากที่ทั้งหมดเป็นทฤษฎีเดิมแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ควอนตัมสามารถอยู่ใต้จมูกของเรา ในความเป็นจริงพวกเขาสามารถเกิดขึ้นได้ในจมูกของเรา

กันชนควอนตัม

สิ่งที่เกิดขึ้นในจมูกของคุณเมื่อคุณตื่นขึ้นมาและรู้สึกถึงกลิ่นของกาแฟหรือชิ้นส่วนของขนมปังในเครื่องปิ้งขนมปังที่เป็นอมตะของคุณ? สำหรับอวัยวะประสาทสัมผัสบนใบหน้านี้เป็นเพียงความประทับใจเท่านั้น เช่นเดียวกับ Enrico Fermi ผู้สร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แห่งแรกในโลกเมื่อผัดหัวหอมแล้วก็จะเป็นการดีที่จะเข้าใจว่าอวัยวะประสาทสัมผัสทำงานอย่างไร

กลศาสตร์ควอนตัม (© Jay Smith)

คุณนอนอยู่บนเตียงและคิดถึงการเตรียมขนมปังปิ้งปิ้งสด โมเลกุลของน้ำหอมไหลผ่านอากาศ การหายใจของคุณจะดึงโมเลกุลเหล่านี้เข้าไปในช่องจมูกระหว่างดวงตาของคุณเหนือปาก โมเลกุลที่ติดอยู่กับชั้นเยื่อเมือกบนพื้นผิวของโพรงจมูกและติดอยู่ในตัวรับกลิ่น เส้นประสาทจมูกแขวนจากสมองเช่นแมงกะพรุนเป็นส่วนสำคัญของระบบประสาทส่วนกลางที่สัมผัสกับโลกภายนอกอย่างต่อเนื่อง

สิ่งที่เกิดขึ้นต่อไปไม่ชัดเจนนัก เราทราบดีว่าโมเลกุลของน้ำหอมมีผลผูกพันกับตัวรับต่างๆของ 400 บนพื้นผิวของเยื่อเมือกซึ่งเราไม่ทราบแน่ชัดว่าการสัมผัสนี้ทำให้กลิ่นของเราเป็นอย่างไร ทำไมมันจึงยากที่จะเข้าใจกลิ่น?

Andrew Horsfield นักวิทยาศาสตร์จาก Imperial College London กล่าวว่า "

ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความยากลำบากในการทำการทดลองเพื่อตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นภายในตัวรับกลิ่น

วิธีการทำงานของกลิ่น

คำอธิบายทั่วไปสำหรับวิธีการทำงานของกลิ่นดูเหมือนง่าย: ตัวรับมีรูปร่างเฉพาะของโมเลกุล เป็นเหมือนแม่กุญแจที่เปิดได้ด้วยกุญแจที่ถูกต้องเท่านั้น ตามทฤษฎีนี้โมเลกุลแต่ละตัวที่เข้าสู่จมูกจะพอดีกับชุดของตัวรับ สมองตีความการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวรับที่กระตุ้นด้วยโมเลกุลเช่นกลิ่นของกาแฟ กล่าวอีกนัยหนึ่งเรารู้สึกถึงรูปร่างของโมเลกุล! อย่างไรก็ตามมีปัญหาพื้นฐานเกี่ยวกับโมเดล 'การเปิดคีย์' '

Horsfield พูดว่า:

"คุณสามารถมีโมเลกุลที่มีรูปทรงและองค์ประกอบที่ต่างกันออกไปซึ่งทั้งหมดนี้ให้ความรู้สึกเหมือนกัน"

ดูเหมือนว่าจะต้องมีอะไรที่มากกว่าแค่รูปร่าง แต่อะไรล่ะ? ทางเลือกที่ขัดแย้งกับแบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าความรู้สึกของเราไม่เพียงถูกกระตุ้นโดยรูปร่างของโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสั่นของโมเลกุลด้วย โมเลกุลทั้งหมดสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องที่ความถี่หนึ่ง ๆ ตามโครงสร้างของมัน จมูกของเราสามารถเปิดเผยความแตกต่างของความถี่ในการสั่นสะเทือนได้หรือไม่? Luca Turin นักชีวฟิสิกส์จากศูนย์วิจัยชีวการแพทย์ของ Alexander Fleming ในกรีซเชื่อว่าพวกเขาทำได้

ทฤษฎีการสั่นสะเทือนของกลิ่น

ตูรินที่ยังกลายเป็นหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญชั้นนำของโลกในน้ำหอมเป็นแรงบันดาลใจสั่นสะเทือนกลิ่นหอมทฤษฎีคนแรกที่เสนอเคมีมัลคอล์ไดสันใน 1938 หลังจากที่ Torino จับความคิดของ Dyson เป็นครั้งแรกในยุคใหม่เขาเริ่มค้นหาโมเลกุลเพื่อทดสอบทฤษฎีนี้ เขามุ่งเน้นไปที่สารประกอบกำมะถันที่มีกลิ่นที่ไม่ซ้ำกันและการสั่นสะเทือนของโมเลกุลลักษณะ Turin จำเป็นต้องระบุสารประกอบที่ไม่เกี่ยวข้องทั้งหมดโดยมีรูปร่างโมเลกุลอื่นที่ไม่ใช่กำมะถัน แต่มีความถี่ในการสั่นเดียวกันเพื่อดูว่ามีอะไรที่เหมือนกับกำมะถัน สุดท้ายพบโมเลกุลที่มีโบรอน เธอต้องมีกลิ่นเหมือนกำมะถัน "นี่ฉันกำลังทำอยู่" เขากล่าว "ฉันคิดว่ามันไม่ใช่เรื่องบังเอิญ"

นับตั้งแต่ที่เขาค้นพบความรู้สึกเกี่ยวกับการดมกลิ่นนี้ตูรินได้รวบรวมหลักฐานการทดลองเพื่อสนับสนุนแนวคิดนี้และทำงานร่วมกับ Horsfield เพื่อหารายละเอียดทางทฤษฎี เมื่อห้าปีก่อนตูรินและเพื่อนร่วมงานของเขาได้ออกแบบการทดลองที่โมเลกุลของไฮโดรเจนบางส่วนในน้ำหอมถูกแทนที่ด้วยดิวทีเรียมซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีนิวตรอนในนิวเคลียสและพบว่ามนุษย์สามารถสัมผัสได้ถึงความแตกต่าง เนื่องจากไฮโดรเจนและดิวเทอเรียมมีรูปร่างโมเลกุลเหมือนกัน แต่มีความถี่ในการสั่นที่แตกต่างกันผลการวิจัยชี้ให้เห็นอีกครั้งว่าจมูกของเราสามารถตรวจจับการสั่นสะเทือนได้จริง การทดลองกับแมลงวันผลไม้ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน

เรารู้สึกสั่นสะเทือนหรือไม่?

แนวคิดของตูรินยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน - ข้อมูลการทดลองของเขาถูกแบ่งปันโดยชุมชนสหวิทยาการของนักวิจัยเกี่ยวกับการดมกลิ่น แต่ถ้ามันถูกต้องและนอกจากรูปร่างเราก็รู้สึกถึงการสั่นสะเทือนจมูกของเราจะทำอย่างไร ตูรินสันนิษฐานว่าอาจรวมถึงผลกระทบควอนตัมที่นี่เรียกว่าอุโมงค์ ในกลศาสตร์ควอนตัมอิเลคตรอนและอนุภาคอื่น ๆ ทั้งหมดมีลักษณะเป็นคู่ - แต่ละอันมีทั้งอนุภาคและคลื่น บางครั้งสิ่งนี้ช่วยให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านวัสดุเช่นอุโมงค์ในลักษณะที่จะถูกแบนโดยอนุภาคตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิก

การสั่นสะเทือนของโมเลกุลของกลิ่นสามารถให้พลังงานกระโดดลงพลังงานที่อิเล็กตรอนต้องการกระโดดจากส่วนหนึ่งของตัวรับกลิ่นไปยังอีกส่วนหนึ่ง ความเร็วของการกระโดดจะเปลี่ยนไปตามโมเลกุลต่าง ๆ ซึ่งทำให้เกิดกระแสประสาทที่สร้างการรับรู้กลิ่นที่แตกต่างกันในสมอง

ดังนั้นจมูกของเราอาจเป็นเครื่องตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อน จมูกของเราจะพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์จากลักษณะเฉพาะของควอนตัมได้อย่างไร?

Turin กล่าวว่า:

"ผมคิดว่าเราดูเบาเทคโนโลยีนี้พูดไม่กี่บรรทัด สี่พันล้านปีของการวิจัยและพัฒนาด้วยเงินทุนไม่ จำกัด เป็นเวลานานสำหรับการวิวัฒนาการ แต่ฉันไม่คิดว่ามันเป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่สุดที่ชีวิตไม่ได้ "

กลศาสตร์ควอนตัม

ชิ้นส่วนเพิ่มเติมจากซีรีส์