當前位置: 華文問答 > 科學

光合作用發生在短短萬億分之一秒,裏面蘊藏的奧秘顛覆你我認知!

2024-04-15科學

科學家們已經發現,量子生物學在任何生物中都發揮著魔力,已經見識到的無論是鳥類,還是哺乳動物,昆蟲或是兩棲動物都被科學中這種奇異的法則所支配。但最驚奇的突破與所有者積累生物賴以生存的過程有關,即陽光與空氣對植物的轉變。

每一秒地球上就會新生長出16000噸的植物,不可思議的是我們在地球的生存基礎完全取決於在接下來一萬億分之一秒內所發生的事。

光合作用的先決條件是植物捕獲太陽光的能量,捕獲效率接近100%,遠比人類的技術先進,而植物完成這個過程的方式是生物學上最大的謎團之一。當發現解決此謎團的關鍵就在量子力學時,物理學家們都難以相信。

在生物課本上說植物的綠色來自葉綠素,在活細胞體內它們吸收陽光,然後光能極其迅速地被運往細胞中的食品加工廠,這整個過程只需要一萬億分之一秒。

光子撞入細胞在葉綠素中轟擊出一個電子,同時產生小部份能量,即激子,隨後激子任意反射穿越布滿葉綠素的叢林,直至抵達反應核心,在那裏能量被用來驅動化學反應,從而產生出對生命至關重要的生物物質。

而問題就在於,激子首先需要找到通往反應核心的道路,生物課本無法解釋激子是如何做到的,因為它其實並不知道要怎麽走,它就像一個彈力球一樣來回彈跳,這個過程成為隨機遊動,而早晚它會經過細胞中的每個角落,而這並不是最有效率的方式,因為即使激子最終達到了反應核心,也只是完全出於隨機。

如果激子只是盲目隨機地在葉綠素間奔走,到達反應核心會消耗太多時間,它的能量也會以熱能的形式消耗掉。但事實上沒有消耗掉,所以肯定有其他什麽在起作用。

重要的突破來自於最近一項震驚科學界的實驗。化學家們朝植物細胞發射雷射,模擬陽光的捕獲過程,他們證實了激子在細胞中並不是以隨機路線來回奔走,原來的理解不能解釋在實驗中觀察到的現象。

答案就是植物也遵循量子力學中的最著名法則:不確定原理,它表明,你永遠也無法確定激子的確切位置,它就像一個量子波在細胞中混沌穿行,激子並不是簡單地移動自身位置,以某種奇怪又真實的感覺來說,它同時朝各個方向擴充套件,以波的形式向外傳播,以便能同時探尋所有可能的路徑,這直擊量子力學中之所有怪異的核心,電子波並不循著某一特定的路徑,而是同時循著所有路徑,這就是它如此高效的原因!

這裏的美妙之處在於,如果激子在探尋通往反應核心的所有路徑,那它就肯定會找到最快的方式來傳遞能量。這個發現對於物理學家來說很難解釋,生命細胞中充滿了數十億隨機的原子和分子,但不知為何,激子總能維持它們優美完整的量子波形式來傳遞能量,支持地球生命!