量子纠缠与磁场导航与鸟

2019-11-09     异璧

鸟们能够利用地球磁场来进行导航,它们所能达到的精度十分惊人。

是时候假设一把了:它们的惊人精度,得益于鸟类眼睛中隐色素的量子纠缠效应。

辨识出生物学中的量子物理学可以使我们的科技发展到……谁知道能发展到哪儿呢。

言归正传,这个猜想还远没有得到证实,但光是想一想就足以使大家兴奋了。实际上,这个假设一方面是可能的,也是可行的,它说不定能解决鸟类导航模式自被发现以来一直困扰科学家们的一大谜题。问题的关键在于:鸟类如何能够接收、追寻到看不见摸不着的地球磁场呢?可能的答案是:鸟类们能够通过眼睛中发生的量子纠缠效应,得到地球磁场的各种信息。

假设的背后,是科学家多年来一直尝试搞明白的鸟类对地球磁场的敏锐感知能力。最有说服力的假说莫过于:鸟类眼睛中的隐色素受地球磁场粒子影响发生化学反应,从而使得它们能够进行导航。其它动物、植物也有这样的化学物质,但鸟类的最独特,它开发出来了自己独有的种类。爱因斯坦将量子纠缠现象称为“诡异的远距离反应”,近些年来它被人提起的次数越来越多。事实上,量子纠缠现象是一种非常有意思、又非常怪异的理论假设,在这个假设的基础之上,可以有许许多多有意思的衍生理论。

当光子击中了鸟类眼睛中的隐色素粒子时,光子会使隐色素粒子的一个电子脱离,并与另一个粒子相结合。这样一来,两个粒子就都会有奇数个的电子,从而变成了一对自由基。由于这两个自由基是由一个跑脱的电子同时产生的,因此这两个隐色素粒子中电子旋转轨迹是相契合的,这个自由基对因此发生了“纠缠”。

这一纠缠状态极度脆弱,纠缠时长也非常短暂,不超过100微秒(也就是一万分之一秒)。但就是这一瞬间,这一对自由基将会进入量子物理中的二重态。科学家们假设,由于地球磁场对隐色素粒子的作用,不同地区二重态发生的时间也会不同,因此鸟类们得以得知它们身处何处。鸟类们如何做到这点的原因尚不清楚,但研究者们假设,这大概是借由进入二重态前后鸟类大脑里某种尚不清楚成分的化学物质引起作用的。

乍听起来这个不像是真的,因为地球磁场实际上真的非常弱(对感官而言)。有多弱呢?地球磁场对鸟类产生的力,比分子化学键的力量要小10到100倍左右。然而,早在20世纪70年代,科学家们就发现,地球磁场确实会使鸟类脑部的某些化学物质发生反应(也是本文重点)。此外,各种研究也显示,在这些化学反应中,自由基往往会牵扯其中。

科学家们也曾尝试,生物学上鸟类是否能够直接感知到磁场——也就是说绕开化学反应,只考虑地球物理,但却没有得到任何结论。因此,目前来说,自由基对理论是目前科学家们解释鸟类导航能力的最佳选项。

研究假设,也许光子会将电子撞离热平衡足够远,因此鸟类能够有足够的时间来感知地球磁场。科学家们能够人为引起的量子纠缠状态只能持续仅仅数纳秒(十亿分之一秒)。Erik Gauge是参与研究的一位科学家,他说:“看起来,大自然里存在着使物质长时间维持在量子状态的办法,我是指,远长于我们能够在实验室里达到的长度。说真的,没人相信这事儿是可能的。”

实际上,探讨鸟类导航能力的研究历来已有许多,但彼此之间尚存在一定分析。这其中,最有说服力的研究成果来源于考察欧洲知更鸟导航能力的实验。众所周知,欧洲知更鸟是一种很容易路痴的鸟,它的导航能力也非常容易被扰乱。线性极化广播频率场要比地球磁场弱100倍,但就是这么弱的频率场也足以扰乱欧洲知更鸟的迁徙路线。鸟类非常容易受磁场紊乱影响,20%-30%上下的磁场强度变化就能够使鸟类的导航系统混乱。

很显然,鸟类的磁场导航系统精巧、脆弱的令人难以置信。量子力学及生物学——甚至是人类生物学,有着令人着迷的前景。甚至有的人说,量子力学和人的意识及一些“超自然”现象有关。如果我们能够全面的理解鸟类导航能力的原理——无论是物理学上的,还是化学上的,谁知道我们能达到怎样的高度呢?

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