Bu ne Kuantum mekaniği ve nasıl başladı? Max Planck bir parça kötü tavsiyeyi göz ardı etmeseydi, atomistik devrim asla başlamazdı. Önemli an 1878'de genç Planck'a profesörlerinden biri tarafından fizik alanında kariyer yapıp yapmayacağını sorduğunda geldi. Profesör Philip von Jolly, Planck'a başka bir iş bulmasını söyledi. Profesör, fizikteki tüm önemli keşiflerin çoktan yapıldığı söyleniyor, genç koruyucusuna güvence verdi.

Planck'ın daha sonra hatırladığı gibi, von Jolly ona şunları söyledi:

"Fizik, bunu keşfederek veya sıralayarak marjinal olarak devam edebilir, ancak sistem bir bütün olarak sabitlenmiştir ve teorik fizik tamamlanmaya yaklaşmaktadır."

O küçük şeylerden birini uygulamaya koyarak, sonunda anladığı ortaya çıktı. Planck Nobel Ödülü ve o doğdu Kuantum mekaniği. Rahatsız edici detay çok yaygın bir fenomendi: Nesneler neden ısıtıldıkları gibi yayılır?? Tüm malzemeler, ne yapılırsa yapılsın, artan sıcaklıklarda aynı şekilde davranır - kırmızı, sarı ve sonunda beyaz renkte yayarlar. 19. yüzyılda hiçbir fizikçi bu görünüşte basit süreci açıklayamaz.

Sorun, bir 'ultraviyole felaketi' olarak ortaya çıktı çünkü en iyi teori, çok yüksek sıcaklıklara ısıtılan nesnelerin en kısa dalga boylu enerjiyi yayması gerektiğini öngördü. Güçlü bir akımın ampulleri bu kadar enerjik ölüm ışınlarına sürüklemeyeceğini bildiğimiz için, 19. yüzyılda fiziğin burada son sözü olmadığı açıktı.

Enerji absorbe edilebilir

Planck, modern bir hit haline gelen şeyle cevabı 1900'de buldu. Aslında, enerjinin yalnızca ayrık kuantumlarda veya miktarlarda emilebileceğini veya iletilebileceğini tahmin etti. Bu, enerjinin sürekli ve sürekli bir akışta aktığını iddia eden klasik fizikten radikal bir sapmaydı. O zamanlar Planck'ın teorik bir gerekçesi yoktu, ancak yine de bu şekilde çalıştığı ortaya çıktı. Kuantumu, ısıtılan nesnelerin herhangi bir sıcaklıkta serbest bırakabileceği enerji miktarını etkili bir şekilde sınırladı. Yani sonunda ölümcül ultraviyole ışınları yok!

Kuantum devrimi

Kuantum devrimi böyle başladı. Planck'ın ilhamını kapsamlı bir teoriye dönüştürmek için Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr ve diğer fizik titanlarının onlarca yıllık teorik çalışmaları gerekti, ancak bu sadece bir başlangıçtı, çünkü kimse ısındıklarında nesnelere ne olduğunu tam olarak anlamadı.

Ortaya çıkan teori, günlük deneyimlerimizden ve beceriksiz duyu aygıtımız tarafından görülemeyen her şeyden türetilen, en küçük parçacıkların alemindeki parçacıklar ve enerji transferleri ile ilgilenen kuantum mekaniğidir. Her şey tamamen görünmez değil! Bazı kuantum efektleri, güneş ışınları ve yıldızların parıltısı gibi açık ve güzel olmalarına rağmen, kuantum mekaniğinin ortaya çıkışından önce tam olarak açıklanamayan bir şey gibi görünmez.

Günlük hayatımızda kuantum dünyasından kaç fenomeni deneyimleyebiliriz? Gerçekliğin gerçek doğasında duyularımız hangi bilgileri keşfedebilir? Sonuçta, orijinal teorinin gösterdiği gibi, kuantum fenomeni burnumuzun dibinde olabilir. Aslında burnumuzda yer alabilirler.

Kuantum kuyruklu

Uyandığınızda ve ölümsüz ekmek kızartma makinenizdeki kahveyi veya bir dilim ekmeği kokladığınızda burnunuzda ne olur? Bu sadece yüzdeki bu duyu organı için bir izlenim. Dünyanın ilk nükleer reaktörünü inşa eden Enrico Fermi'nin belirttiği gibi, bir zamanlar soğan kızartılmıştı, duyu organımızın nasıl çalıştığını anlamak güzel olurdu.

Kuantum Mekaniği (© Jay Smith)

Yani yatakta yatıp taze tost yapmayı düşünüyorsun. Koku molekülleri havada akar. Nefes alışınız, bu moleküllerin bir kısmını gözlerinizin arasındaki burun boşluğuna, ağzınızın hemen üstüne çeker. Moleküller burun boşluğunun yüzeyindeki mukozal tabakaya bağlanır ve koku alma reseptörlerinde hapsolur. Koku alma sinirleri, bir denizanasının dokunaçları gibi beyinden sarkar, merkezi sinir sisteminin sürekli olarak dış dünyaya maruz kalan tek parçasıdır.

Bundan sonra ne olacağı tamamen net değil. Koku moleküllerinin mukoza yüzeyindeki 400 farklı reseptörden birine bağlandığını biliyoruz, bu temasın koku alma duyumuzu tam olarak ne ve nasıl yarattığını bilmiyoruz. Kokuyu anlamak neden bu kadar zor?

Imperial College London'da bir araştırmacı olan Andrew Horsfield şöyle diyor:

"Kısmen, koku reseptörlerinin içinde neler olup bittiğini kontrol etmek için deneyler yapmanın zorluğundan kaynaklanıyor."

Koku nasıl çalışır

Kokunun nasıl çalıştığının geleneksel açıklaması basit görünüyor: reseptörler çok özel molekül şekillerini alıyor. Sadece doğru tuşlarla açılabilen kilitler gibidirler. Bu teoriye göre, buruna giren moleküllerin her biri bir dizi reseptöre uyar. Beyin, kahve kokusu gibi molekülle aktive olan reseptörlerin benzersiz bir kombinasyonunu yorumlar. Başka bir deyişle, moleküllerin şekillerini hissediyoruz! Ancak, 'anahtar açma' modeliyle ilgili temel bir sorun var. '

Horsfield dedi ki:

"Çok farklı şekil ve bileşime sahip moleküllere sahip olabilirsiniz ve bunların tümü size aynı izlenimi verir."

Görünüşe göre şekilden daha fazlası olmalı, ama ne? Bu modelin tartışmalı bir alternatifi, duyumuzun sadece moleküllerin şekli ile değil, aynı zamanda bu moleküllerin titreşimi ile de etkinleştirildiğini öne sürüyor. Tüm moleküller, yapılarına bağlı olarak belirli bir frekansta sürekli titreşir. Burnumuz bu titreşim frekanslarındaki farklılıkları bir şekilde ortaya çıkarabilir mi? Alexander Fleming'in Yunanistan'daki Biyomedikal Araştırma Merkezi'nde biyofizikçi olan Luca Turin, yapabileceklerine inanıyor.

Kokunun titreşim teorisi

Aynı zamanda dünyanın önde gelen parfüm uzmanlarından biri haline gelen Turin, ilk olarak 1938'de kimyager Malcolm Dyson tarafından önerilen titreşimsel koku teorisinden ilham aldı. Turin, Dyson'ın fikrini XNUMX'larda ilk kez kavradıktan sonra, Turin bunu yapmasına izin verecek molekülleri aramaya başladı. Ölçek. Eşsiz bir kokuya ve karakteristik moleküler titreşimlere sahip kükürt bileşiklerine odaklandı. Daha sonra Turin, sülfürden farklı bir moleküler şekle sahip, ancak sülfür diye bir şey olup olmadığını görmek için aynı titreşim frekansına sahip, tamamen ilgisiz bir bileşik belirlemesi gerekiyordu. Sonunda bor içeren bir molekül buldu. Kesinlikle kükürt kokuyordu. "Burada aşık oldum" diyor "Bunun tesadüf olabileceğini sanmıyorum."

Bu koku alma hissini keşfettiğinden beri, Turin fikri desteklemek için deneysel kanıtlar topladı ve teorik detayları çözmek için Horsfield ile birlikte çalıştı. Beş yıl önce Turin ve meslektaşları, bir kokudaki hidrojen moleküllerinden bazılarının, çekirdekte nötron bulunan bir hidrojen izotopu olan döteryum ile değiştirildiği bir deney tasarladılar ve insanların farkı hissedebildiklerini buldular. Hidrojen ve döteryum aynı moleküler şekillere, ancak farklı titreşim frekanslarına sahip olduğu için, sonuçlar yine burunlarımızın titreşimleri gerçekten algılayabildiğini gösteriyor. Meyve sinekleri ile yapılan deneyler de benzer sonuçlar göstermiştir.

Biz de titreşimler hissediyor muyuz?

Torino'nun fikri tartışmalı olmaya devam ediyor - deneysel verileri disiplinlerarası bir koku alma araştırmacıları topluluğunu böldü. Ama haklılarsa ve şekillere ek olarak titreşimleri de hissediyoruz, burnumuz bunu nasıl yapıyor? Turin, tünelleme adı verilen bir kuantum etkisinin dahil edilebileceğini tahmin etti. Kuantum mekaniğinde, elektronlar ve diğer tüm parçacıkların ikili bir doğası vardır - her biri hem parçacık hem de dalgadır. Bu bazen elektronların klasik fizik kurallarına göre parçacıklara yasak olacak şekilde tünel gibi malzemelerden geçmesine izin verir.

Kokunun moleküler titreşimi, elektronların koku reseptörünün bir bölümünden diğerine atlamak için ihtiyaç duyduğu enerjide aşağıya bir enerji sıçraması sağlayabilir. Sıçrama hızı farklı moleküllere göre değişir, bu da beyinde farklı kokuların algılanmasına neden olan sinir uyarılarına neden olur.

Dolayısıyla burnumuz sofistike bir elektronik detektör olabilir. Burunlarımız bu tür kuantum özelliklerinden yararlanmak için bu şekilde nasıl evrimleşebilir?

Turin diyor:

"Sanırım bu teknolojiyi birkaç derece küçümsüyoruz. Sınırsız finansmanla dört milyar yıllık araştırma ve geliştirme, evrim için uzun bir süredir. Ama hayatın yaptığı en şaşırtıcı şey olduğunu sanmıyorum. "