Kvantummechanika a biológusok számára
Kvantummechanika a biológusok számára
Befejeztem hallgatja a könyv Jonjo McFadden, Jim Al-Khalili, a Life on the Edge: Az elején korszak kvantum biológia (Johnjoe McFadden, Jim Al-Khalili Life on the Edge :. The Coming of Age of Quantum Biology).
Fordulok a könyv szkeptikus felfogásához.
A kvantumbiológia fejlődésével azt kell mondani, hogy kvantumbiológia nélkül az élet problémái nem oldhatók meg. McFadden és Al-Khalili a következőképpen alakították ki érveiket. Eleinte röviden áttekintették a Darwin-nal kezdődő biológiai felfedezéseket. Így mindig megjegyezték, hogy az élet még mindig rejtély (rejtély). A vegyészek megtanultak szintetizálni a szerves molekulákat: az élet rejtély maradt. A DNS szerkezete nyitott: mi az élet rejtély. A molekuláris biológia megmutatta, hogyan működik a sejt: mi az élet rejtély. A szisztémás biológia tanulmányozta az élő rendszerek komplex kölcsönhatásait: mi az élet rejtély. A szintetikus biológiában lehetséges egy szintetikus baktérium létrehozása: mi az élet rejtély. Most idézem egy idézetet a könyvből:
"... egy kvantummechanikai jelenséget szuperpozíciónak neveznek, amikor egy részecske egyszerre két, száz vagy egymillió dolgot tehet. Ez a tulajdonság felelős azért, hogy univerzumunk olyan összetett és érdekes. "
Úgy gondolom, hogy a gondolatmenet érthető. Nem hagyhatom azonban azt a gyanút, hogy még a biológiának a kvantummechanikával való egyesülése után is az élet rejtély marad. Különösen az érvelés maga, egyszerűen indukcióval.
Következő McFadden és az Al-Khalili többször megismételjük a gondolat, hogy módosítsa a szlogen: „rendet a káosz” (élet alapuló statisztikai termodinamika alapján a klasszikus mechanika) a „rendelés nincs rend” (élet alapján kvantum koherencia). Számomra mindkét szlogen maradt rejtély. A klasszikus mechanika teljesen determinisztikus. A kvantummechanika, legalábbis a koppenhágai értelmezésben, határozatlan. A káosz meghatározása a determinizmusban és a rendkeresés indeterminizmussá tétele csodálkozik.
Azt is meg kell jegyezni, hogy egyszerűen lehetetlen statisztikai termodinamikát klasszikus mechanika alapján építeni. Boltzmann a statisztikai entrópia híres következtetéseiben abból a tényből fakadt, hogy egy atom / molekula csak diszkrét energiaértékeket vehet fel. Ezt a döntést az okozta, hogy az energiák folytonosságára való áttérés nem vezetett semmi jóhoz. Ráadásul a folyamatos energia spektrumon alapuló lehetséges lehetséges megoldások a kísérleti adatokkal való ellentmondáshoz vezettek (például fagyott szabadságfokok). Ezért a klasszikus világ, amely a könyvben feltételezhető a kvantumvilág alternatívájaként, elvileg elképzelhetetlen: a statisztikai termodinamika csak akkor működik, ha figyelembe vesszük a kvantumhatásokat.
"Ezek a közös negatív töltésű elektronok vonzzák az atomok pozitív töltésű magjait a kötés mindkét oldaláról, és ezáltal olyan elektronikus ragasztóként működnek, amely az atomokat egy peptidkötésben tartja."
Egy ilyen leírás alkalmas lehet metaforára, de az ilyen metaforára alapozott érv építése emlékeztet arra, hogy várat építek a felhőkben, mivel a kvantummechanika nélküli kovalens kötés magyarázata lehetetlen.
Egy kovalens kötés példáját fogom használni a kvantummechanika keretén belüli magyarázatok bonyolultságának hangsúlyozására. Minden kémiai tankönyvben megtalálható molekuláris pályák és az a kijelentés, hogy a kovalens kötés kialakulása akkor következik be, ha a molekuláris pályák két elektronnal vannak kitöltve. Ez a magyarázati szint sokkal közelebb áll a valósághoz, mint amit McFadden és Al-Khalili említett. Mindazonáltal a molekuláris pályának bizonyos értelemben kiméra, hiszen csak az elektronikus Schrödinger-egyenlet közelítő megoldásán belül merül fel. Alapvetően lehetetlen megtörni egy molekula hullámfüggvényét a molekuláris pályára, ami viszont azt jelenti, hogy még a molekuláris pályák szintjének magyarázata is csak közelítés. A biológusok, akik a kvantumbiológiára vágynak, először a normális kvantumkémiai folyamatot kívánják átadni.
A kvantummechanika tanulmányozásának másik csapdája a kvantummechanika értelmezése, amely a kvantum és a klasszikus világok kapcsolatának mérése útján terjed. A kémikusok e tekintetben általában "becsukják és kiszámítják" szintjüket. Vannak olyan egyenletek, amelyek lehetővé teszik a szükséges problémák megoldását, az egyenlet megértése csökken a képességek megoldásához. Ezért a vegyészek, legalábbis így volt, amikor kémiai munkát végeztek, elégedettek a koppenhágai értelmezéssel, ahol megfigyelőre van szükség a kvantum és a klasszikus világ összekapcsolásához.
Az élet magyarázatában ez a megközelítés valószínűleg nem megy át, mert ebben az esetben a megfigyelőt meg kell találni a sejten belül. Úgy tűnik tehát, hogy McFadden és Al-Khalili a kvantummechanika értelmezését a dekoherencia keretei között választotta. Úgy tűnik, a könyv feltételezhető. hogy a méréseket más molekulák végezhetik el: egy molekula méri valamit egy másik molekulából, bam, dekoherencia történt.
Be kell vallanom, hogy eddig csak ebből az értelmezésből hallottam, és nem tudom pontosan megmondani, hogy hogyan rendeződik. A könyvben szereplő leírás sok kívánnivalót hagy maga után. Csak azt tudom, hogy a dekoherencia messze nem az egyetlen értelmezés. Számos modern fizikus több világi értelmezést oszt meg, ahol a dimenzió a világ felosztásához vezet. Egy molekula méréseket végzett, és a bumm, az egész univerzum két részre oszlott. A kvantumbiológusoknak szorosan figyelniük kell, hogy az univerzumok közül melyik egyidejűleg.
A biológia elhagyja az anyag bemutatását. Különösen érdekes megfigyelni a biológia expozíció teleológiáját a molekulákba való átmenet során, amikor kiderül, hogy minden egyes enzim sajátos funkcióját végzi. Csak nem világos, honnan az enzim megtudta, melyik funkciót kell elvégeznie.
Például a könyv többször említi, hogy egy klorofill molekulának át kell adnia egy foton abszorbeált energiáját az abszorpciótól a reakcióközegig. Azt várnám azonban, hogy a klorofill molekula teljesen közömbös, függetlenül attól, hogy az energia átjut-e a felszívódás pontjáról a reakcióközpontra vagy sem. Sőt, azt javasolnám egy nyugtalanító elképzelést, hogy a klorofillmolekula nem érik meg, hogy elnyeli a foton energiáját, és hogy ez az energia az emberiség számára oly szükséges szénhidrogénekké válik.
Természetesen azt mondhatjuk, hogy minden funkcióval kapcsolatos beszélgetés a beszéd alakja, amikor mindenki megérti, mi a tét. Azonban láthatja a különbséget. Ha a klorofill molekulának foglalkoznia kell az energiaátadással, akkor azt mondhatjuk, hogy itt a molekula kvantumszámítással foglalkozik, hogy meghatározza az energiaátvitel optimális módját. Ha a klorofill nem törődik az energiaátadással, a kvantumszámítások valahogy lefagynak a levegőben.
Egy további idézettel zárulok:
"A molekuláris szinten lévő természetes nanomachinok jól megalapozott táncot folytatnak, melynek tevékenységét több millió éves természetes szelekció határozza meg, hogy manipulálja a természet alapvető részecskéinek mozgását."
Mit mondhatok, a biológusok egyszerűen nem javíthatók.
Végezetül, ismét megjegyzem, hogy a könyv egésze nem rossz. Nagy mennyiségű tényszerű anyagot gyűjtöttünk össze, amely lehetővé teszi számunkra, hogy gyorsan megértsük, honnan és ahol a szél fúj. Ráadásul az ördögi ötletek kitöltik az utat otthonról a munkára, és jól visznek, és segítenek megbirkózni a mindennapi életben.
Fordított idézetek
"... egy szuperpozíciónak nevezett jelenség, amellyel a részecskék egyszerre kétszáz, vagy egymillió dolgot tudnak megtenni. Ez a tulajdonság felelős azért, hogy univerzumunk gazdag bonyolult és érdekes. "
"Ezek a megosztott, negatív töltésű elektronok vonzzák az atomok pozitív töltésű atommagjait a kötés mindkét oldalán, az elektronikus ragasztó formájaként.
«Ez nanogépeket természet teljesítenek, molekuláris szinten, egy gondosan koreografált tánc, akiknek a tevékenysége már megtervezett több millió éves természetes szelekció, hogy manipulálják a mozgás alapvető anyag részecskéi.»