Kvantinė mechanika leidžia jums matyti, jausti ir liesti daleles (1 dalis)

7610x 21. 11. 2018 1 skaitytuvas

Co je to kvantinė mechanika ir kaip tai prasidėjo? Jei Maxas Planckas nekreipė dėmesio į vieną blogą patarimą, jis niekada nepradėtų revoliucijos atomizmuose. Pagrindinis momentas buvo 1878, kai jaunasis Planckas paprašė vieno iš jo profesorių siekti fizikos karjeros. Profesorius Philipas von Jolly pasakė planukui surasti kitą darbą. Visi svarbiausi fizikos atradimai jau buvo padaryti, patikino jo jaunojo gynėjo profesorius.

Kaip vėliau minėjo Planckas, von Jolly sakė:

"Fizika gali būti tęsiamas, net nežymiai, tiria ar pradėti kad ir tamtoho to, bet sistema kaip visuma yra įtvirtinta ir teorinė fizika yra žymiai artėja prie pabaigos."

Įgyvendindamas vieną iš šių mažų dalykų, pasirodė, kad jis galų gale gavo tai Planko Nobelio premija ir ji gimė kvantinė mechanika. Nepatogus mažas dalykas buvo labai dažnas reiškinys: Kodėl objektai atsiranda taip, kaip jie tai daro peršildydami? Visos medžiagos, neatsižvelgiant į tai, kas iš jų pagamintos, elgiasi taip pat esant kylančioms temperatūroms - jos atsiranda raudonos, geltonos ir galiausiai baltos spalvos. Nė vienas fizikas iš 19. amžius negalėjo paaiškinti šio, atrodytų, paprasto proceso.

Problema pasirodė esanti "ultravioletinė katastrofa", nes geriausia teorija numato, kad objektai, šildomi labai aukšta temperatūra, turėtų skleisti trumpiausią bangos ilgį. Kadangi mes žinome, kad stiprus srovė nesukuria elektros lemputių tokiose mirties energijos spinduliuose, fizikoje 19. Čia aiškiai nebuvo paskutinio žodžio.

Energija gali būti absorbuojama

Plankas su "1900" atsakymu su tuo, kas tapo šiuolaikine hitais, rasti. Iš tikrųjų jis manė, kad energija gali būti absorbuojama ar perduodama tik atskirai arba kiekybiškai. Tai buvo radikalus nukrypimas nuo klasikinės fizikos, kuri teigė, kad energija tekėjo per nuolatinį ir nuolatinį srautą. Tuo metu Planka neturėjo teorinės priežasties, bet taip pat paaiškėjo, kad jis dirba. Jo kvantas efektyviai sumažino energijos kiekį, kurį šildomi gaminiai gali išleisti bet kurioje temperatūroje. Galiausiai nė vienas mirtinas ultravioletinis spindulys!

Kvantinė revoliucija

Štai kaip prasidėjo kvantinė revoliucija. Jis paėmė dešimtmečius teorinio darbo Albert Einstein, Werner Heizenbergo, Niels Bora ir kiti titanai fizikos, todėl pasikeitė Planko įkvėpimo išsamaus teorijos, bet tai buvo tik pradžia, nes niekas tikrai suprato, kas vyksta su objektais, kai šildomas.

Kvantinės mechanikos teorija, kuri nagrinėja dalelių ir energijos perdavimų į mažiausių dalelių, patekusių iš mūsų kasdienio patyrimo sferos ir visa, kas yra nematomas mūsų gremėzdiškas sensorium. Ne viskas yra visiškai nematoma! Kai kvantinė poveikis yra paslėpti nuo akyse, nors jie yra šviesus ir gražus, kaip saulės spindulių ir žvaigždžių spindesiu, kaip ką nors, kad negalėjo būti visiškai paaiškinta anksčiau kvantinės mechanikos atsiradimo.

Kiek reiškinių iš kvantinio pasaulio galime patirti mūsų kasdieniame gyvenime? Kokia informacija mūsų jausmus gali atskleisti tikro realybės prigimtyje? Galų gale, kaip rodo pradinė teorija, kvantiniai reiškiniai gali būti netgi po mūsų nosies. Iš tiesų, jie gali įvykti tiesiai į nosį.

Kvantinė buferis

Kas atsitinka nosyje, kai prabundate ir jaučiatės kavos kvapo ar duonos gabalėlio savo nemirtingu skrudintuvu? Dėl šio jutimo organo ant veido tai tik įspūdis. Kaip ir Enrico Fermi, kuris pirmą kartą brandino pirmąjį branduolinį reaktorių pasaulyje, kepdamas svogūną, būtų malonu suvokti, kaip veikia mūsų jutimo organas.

Kvantinė mechanika (© Jay Smith)

Taigi tu meluojate lovoje ir galvojate apie paruoštą šviežią kepamą skrudintuvą. Kvepalų molekulės patenka per orą. Jūsų kvėpavimas traukia kai kurias iš šių molekulių į nosies ertmę tarp akių tiesiai virš burnos. Molekulės pritvirtinamos prie gleivinės sluoksnio ant nosies ertmės paviršiaus ir įstrigę į uoslių receptorius. Svaigūs smegenys, kaip medūza, sklendžia iš smegenų, jie yra vienintelė centrinės nervų sistemos dalis, nuolat veikianti išorinį pasaulį.

Kas toliau vyksta, nėra visiškai aišku. Mes žinome, kad kvepalų molekulės jungiasi su bet kuriuo iš įvairių 400 receptorių ant gleivinės paviršiaus, mes nežinome, kaip ir kaip šis kontaktas sukuria mūsų kvapą. Kodėl sunku suprasti kvapą?

Andrew Horsfield, Londono Imperatorinio koledžo mokslininkas, sako:

"Tai iš dalies priklauso nuo to, kad sudėtinga atlikti eksperimentus, siekiant patikrinti, kas vyksta ausų receptorių viduje".

Kaip veikia kvapas

Tradiciniai paaiškinimai, kaip veikia kvepalai, atrodo paprasti: receptoriai priima labai specifines molekulines formas. Jie yra kaip spynos, kurias galima atidaryti tik tinkamais mygtukais. Pagal šią teoriją kiekviena molekulė, kuri patenka į nosį, patenka į receptorių rinkinį. Smegenys interpretuoja unikalų aktyvintų receptorių molekulių derinį, pavyzdžiui, kavos kvapą. Kitaip tariant, mes jaučiame molekulių formas! Tačiau pagrindinė problema yra pagrindinis atradimo modelis. "

"Horsfield" sako:

"Jūs galite turėti labai skirtingas formas ir kompozicijas turinčias molekules, kurios visiems suteikia jums tą patį jausmą."

Atrodo, kad čia turi dalyvauti ne tik formos, bet ir kas? Šiam modeliui prieštaringa alternatyva rodo, kad mūsų prasmę įtakoja ne tik molekulių forma, bet ir tai, kaip šios molekulės virsta. Visos molekulės nuolat virsta tam tikru dažnumu, atsižvelgiant į jų struktūrą. Ar mūsų nosis kažkaip atskleistų tuos vibracinius dažnius? Luca Turin, biomedicinos mokslų biurofiziologas Aleksandras Flemingas Graikijoje, mano, kad gali.

Kvapo vibracijos teorija

Turinas, kurie taip pat tapo viena iš pirmaujančių pasaulio ekspertų kvepalai įkvėpė vibracijos teorijos aromatas, pirmasis pasiūlė vaistinė Malcolm Dyson į 1938. Po Turinas į pirmą kartą dešimtmečio Dyson sugauti tą idėją, jis pradėjo ieškoti molekulių, kurios leis jam išbandyti šią teoriją. Jis sutelkė dėmesį į sieros junginius, turinčius unikalų kvapą ir būdingas molekulines virpesius. tada Turinas reikia nustatyti visiškai nesusijusių junginius su skirtinga molekuline forma, nei sieros, bet su tuo pačiu vibracinių dažnių siekiant nustatyti, ar yra kažkas panašaus į sieros. Galiausiai buvo nustatyta boro turintis molekulė. Ji turi būti kvapo kaip siera. "Aš tai darau, - sako jis, - manau, tai negali būti atsitiktinumas."

Nuo to momento jis atskleidė uoslės Turinas surinkti eksperimentinę įrodymų šią idėją, ir dirbo su Horsfield perdirbimo teorinius duomenis. Prieš penkerius metus, Turinas ir jo kolegos sukurta eksperimentą, kuriame kai kurie vandenilio molekulės kvepalų medžiagos buvo pakeisti deuterio, vandenilio izotopas su neutronų branduolio ir nustatė, kad žmonės gali jausti didelio skirtumo. Dėl to, kad vandenilio ir deuterio molekulės turi tą pačią formą, bet skirtingų vibracinių dažnių, rezultatai vėl rodo, kad mūsų nosis iš tiesų gali aptikti vibracijas. Panašūs rezultatai buvo parodyti eksperimentuose su vaisių muses.

Ar mes taip pat jaučiame vibraciją?

Turino idėja tebėra prieštaringa - jo eksperimentinius duomenis dalijasi tarpdisciplininė įkvepiančių mokslininkų bendruomenė. Bet jei jie yra teisingi, be figūrų, taip pat jaučiame vibraciją, kaip veikia mūsų nosis? Turinas manė, kad čia gali būti įtrauktas kvantinis efektas, vadinamas tuneliu. Kvantinėje mechanikoje elektronai ir visos kitos dalelės turi dvigubą prigimtį - kiekviena yra dalelė ir banga. Tai kartais leidžia elektronus judėti per tokias medžiagas kaip tunelis taip, kad būtų uždrausta dalelėmis pagal klasikinės fizikos taisykles.

Molekulinė kvapo vibracija gali suteikti energijos perkėlimą žemyn energijos, kurią elektronai turi iššokti iš vienos kvapo receptoriaus dalies į kitą. Šuolių dažnio pokyčiai su skirtingomis molekulėmis sukelia nervų impulsus, kurie sukelia įvairių kvapų smegenyse suvokimą.

Taigi mūsų nosis gali būti sudėtingas elektroninis detektorius. Kaip mūsų nosis vystėsi, kad pasinaudotų tokiais kvantiniais ypatumais?

Turinas sako:

"Manau, mes įvertindami šią technologiją, pasakydami keletą eilučių. Keturi milijardai mokslinių tyrimų ir plėtros metų be neriboto finansavimo yra ilgas vystymosi laikas. Bet aš nemanau, kad tai yra pats nuostabiausias dalykas, apie kurį gyvena ".

Kvantinė mechanika

Daugiau serijos dalių

Palikti atsakymą