每一個生命細胞 都是運用 量子力學 的高手

量子力學是否也在活體細胞里起著重要作用？或者說，在生物體當中，是否有一些過程、生理反應、現象，是只能藉助量子力學來解釋的呢？

這個是量子生物學提出的簡單而又複雜的問題。

量子力學——這是個關於原子和分子的亞原子世界理論，一個既神秘又奇妙還很強大的理論，也是支撐著現代物理學和化學的理論。量子生物學也不算新學科；它的歷史可追溯至20世紀30年代。但是直到十年前左右，才有了周密的實驗——就是在生化實驗室，利用光譜儀來做的實驗——結果給出了非常明確有力的證據，說明確實有某些生理反應需要通過量子力學來解釋。

量子生物學集合了物理學家、生化學家和分子生物學家——是一個極其跨學科的領域。

原子這個宇宙最小的結構，是建立現實世界的一磚一瓦。要想知道這個結構的大小，那麼我們從網球這種日常物品開始吧，然後將物體按大小將序排列——從針眼，到細胞，到細菌，再到酶——最後才到納米世界。

我們知道，一納米就是十億分之一米。原子核，也就是原子當中的那小個點，它體積比這更小，這就是量子力學的領域。物理學家和化學家花了很長的時間來努力適應這個領域，而生物學家，很輕鬆就避開了它，他們很滿足於這些分子球棍模型。

這球指的是原子，棍負責把原子連在一起。如果在實驗室里無法建立起實體的分子模型，現在，他們也可以用強大的電腦來建立模擬的巨大分子模型。這個蛋白質由100,000個原子組成。這不怎麼需要量子力學來解釋。

量子力學從上世紀20年代開始發展。這是一套美麗而又強大的數學法則和理念，幫人們理解這個世界最小的結構。這是個和我們日常生活很不一樣的世界，它由數萬億個原子組成。這是個建立在機率和概率之上的世界。是個模糊的世界。是個幽靈的世界，在這裡，粒子們也可表現出散開的波狀形態。

如果我們把量子力學或量子物理學想像成現實世界的最根本基礎，那麼，量子物理學支撐了有機化學，這種說法就不足為奇了。畢竟，它有一套原則，解釋了原子如何組合在一起，從而建立起一個有機分子。有機化學，隨著複雜度的增加，又建立了分子生物學，而它又將我們帶入生命科學。所以，從某個角度來說，這不足為奇。

你會說，「嗯，生命當然最終要靠量子力學來解釋。」但此外的一切也都是如此。所有無機物，也都是由數萬億個原子組成的。

最後，我們得在量子的層面上來探究這領域的神秘之處。但在日常生活中，我們會忘記它的神秘感。因為，當數萬億個原子聚集在一起時，量子的神秘感就消失了。

量子生物學說的不是這個。量子生物學沒這麼淺顯。

當然，量子力學在分子水平上支撐著生命。量子生物學旨在尋找重要的東西——量子力學當中的反直覺觀念——然後了解它們是否會在描述生命進程中起到重要的作用。

埃爾溫·薛定諤，他有個著名的薛定諤貓實驗，是個奧地利物理學家。他是20世紀20年代量子力學創始人之一。1944年，他寫了本書叫做《生命是什麼？》這本書影響巨大。它影響了弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森，就是發現DNA雙螺旋結構的那兩個人。在書中，他表達了這樣的意思：在分子水平上，生命體有著某種秩序，一種結構，使其和其他隨機的熱力學原子衝撞以及一樣複雜的無機質分子有著天壤之別。

實際上，生命體似乎就是在一個結構中，以這種秩序運轉著，就好像被冷卻到近絕對零度的無機質一樣，量子理論在這裡起到了很重要的作用。活體細胞中的這個結構——這個秩序——有著一些特別之處。所以，薛定諤推測，也許量子力學在生命學當中起到了某些作用。這是個極具推測性的且影響深遠的觀點，但也沒怎麼發展下去了。

量子世界裡最有名的現象之一，叫做量子隧穿。量子隧穿表明，一個粒子能夠撞上一堵無法穿透的牆，然而卻又能像魔術一樣，從牆的一側消失並出現在另一側。用最好的方法來解釋的話，就是說如果你要把一個球扔到牆的另一側，那你要給它足夠能量讓它越過牆頂。但在量子世界裡，你不需要將它從牆頂上扔過去，你只要往牆上扔就好了，然後這個球會在你這側消失並出現在另一側，而這個概率為非零。

量子隧穿隨時隨刻都在發生；實際上，這也是太陽發光的原因。粒子融合在一起，然後太陽通過量子隧穿將氫轉化為氦。七八十年代的時候，人們發現活細胞中也有量子隧穿。酶，為維持生命努力運作著，是化學反應的催化劑——酶這種生物分子加快了活細胞中的化學反應，規模大小不一。但它們是如何做到這點的，一直是一個謎。

現在，人們發現酶發展出了一種方法，就是通過傳送亞原子粒子，例如電子和當然還有質子這種，酶通過量子隧穿將它們從分子的一部分傳輸到另一部分。這效率非常高，很快，它——一個質子能從一個地方消失，然後在另一個地方再出現。而酶使之成為可能。

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