它是什么 量子力学 它是如何开始的？ 如果马克斯·普朗克（Max Planck）没有忽略一个坏建议，那么原子论的革命将永远不会开始。 关键时刻发生在1878年，当时年轻的普朗克教授中的一位问他是否愿意从事物理学。 菲利普·冯·乔利教授告诉普朗克再找一份工作。 这位教授向他的年轻门生保证说，物理学中所有重要发现都已经完成。

普朗克后来回忆说，冯·乔利告诉他：

“物理学可以通过探索或排序而得以继续，但是整个系统是固定的，理论物理学也已接近完成。”

通过实践这些小事情之一，结果证明他终于明白了 普朗克诺贝尔奖 她出生了 量子力学。 令人不舒服的细节是一个非常普遍的现象： 为什么物体受热时会散发出辐射？ 所有材料，无论由什么材料制成，在升高的温度下都具有相同的性能-它们发出红色，黄色并最终发出白色。 19世纪没有一个物理学家可以解释这个看似简单的过程。

该问题的出现是“紫外线灾难”，因为最好的理论预测，加热到很高温度的物体应该发出最多的短波长能量。 由于我们知道强电流不会将灯泡带入如此充满活力的死亡射线中，因此19世纪的物理学显然还没有定论。

能量可以吸收

普朗克（Planck）早在1900年就找到了答案，后来成为现代热门。 实际上，他猜测能量只能以离散的量子或数量被吸收或传输。 这与经典物理学有根本的不同，经典物理学声称能量以连续不断的方式流动。 当时，普朗克对此没有任何理论依据，但事实证明它仍然可以那样工作。 它的量子有效地限制了加热物体在任何温度下都能释放的能量。 因此最终没有致命的紫外线！

量子革命

从而开始了量子革命。 阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein），维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg），尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）和其他物理学巨匠花了数十年的时间进行理论研究，才将普朗克的灵感转化为全面的理论，但这仅仅是个开始，因为没人完全了解物体升温时发生了什么。

由此产生的理论是量子力学，它处理最小的粒子领域中的粒子和能量转移，这源于我们的日常经验以及笨拙的感觉设备看不见的所有事物。 不是所有的东西都是完全看不见的！ 有些量子效应虽然清晰而美丽，但它们却是看不见的，例如太阳的光线和星星的闪光，就像在量子力学出现之前无法完全解释的那样。

我们在日常生活中可以体验到多少种来自量子世界的现象？ 我们的感官可以在现实的真实本质中发现哪些信息？ 毕竟，正如原始理论所表明的那样，量子现象可能就在我们的鼻子下面。 实际上，它们可以发生在我们的鼻子里。

量子尾

当您醒来并闻到不朽的烤面包机中的咖啡或一片面包时，您的鼻子会怎样？ 这只是对脸上感觉器官的印象。 正如建造世界上第一座核反应堆的恩里科·费米（Enrico Fermi）曾经炸过洋葱说的那样，很高兴了解我们的感觉器官是如何工作的。

量子力学（©Jay Smith）

因此，您躺在床上想做新鲜的烤面包。 香气分子流过空气。 呼吸会将这些分子中的一些吸入到您的眼睛之间，就在嘴上方的鼻腔中。 分子附着在鼻腔表面的粘膜层上，并被困在嗅觉受体中。 嗅觉神经像水母的触角一样从大脑悬挂下来，它们是中枢神经系统中不断暴露于外界的唯一部分。

接下来发生的事情还不是很清楚。 我们知道气味分子会与粘膜表面的400种不同受体之一结合，我们不知道这种接触究竟是什么以及如何产生我们的嗅觉。 为什么很难理解气味？

伦敦帝国理工学院的研究员安德鲁·霍斯菲尔德（Andrew Horsfield）说：

“部分原因是难以进行实验来检查嗅觉感受器内部的情况。”

气味如何运作

关于气味如何起作用的常规解释似乎很简单：受体具有非常特殊的分子形状。 它们就像只能用正确的钥匙打开的锁。 根据该理论，进入鼻子的每个分子都适合一组受体。 大脑解释了分子激活受体的独特组合，例如咖啡的气味。 换句话说，我们感受到了分子的形状！ 但是，“钥匙开放”模型存在一个基本问题。

霍斯菲尔德说：

“您可以拥有具有截然不同的形状和组成的分子，所有这些都给您相同的印象。”

似乎不仅涉及形状，还涉及其他东西，但是呢？ 该模型的一个有争议的替代方案表明，我们的感觉不仅被分子的形状激活，而且还被这些分子的振动方式激活。 所有分子都根据其结构以一定的频率不断振动。 我们的鼻子能以某种方式揭示出这些振动频率的差异吗？ 希腊亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）生物医学研究中心的生物物理学家卢卡·都灵（Luca Turin）相信他们可以做到。

气味的振动理论

都灵也成为了世界领先的香水专家之一，其灵感来自于香水的振动理论，最早是由化学家马尔科姆·戴森（Malcolm Dyson）于1938年提出的。在都灵于XNUMX年代首次掌握戴森的思想之后，都灵开始寻找可以使他这样做的分子。测试。 他专注于具有独特气味和特征分子振动的硫化合物。 都灵然后需要鉴定一种分子形式与硫完全不同但振动频率相同的完全无关的化合物，以查看是否根本存在诸如硫之类的物质。 最终他发现了一个含有硼的分子。 肯定闻起来像硫磺。 他说：“我在这里很喜欢。我认为这不是巧合。”

从他发现这种嗅觉的那一刻起，都灵就收集了实验证据来支持这一想法，并与霍斯菲尔德（Horsfield）合作研究出理论细节。 五年前，都灵和他的同事设计了一个实验，用一种氘代替氘中的一种氢原子，氘是原子核中的中子，氢是一种同位素，人们发现了这种差异。 因为氢和氘具有相同的分子形状，但振动频率不同，所以结果再次表明我们的鼻子实际上可以检测到振动。 对果蝇的实验显示了相似的结果。

我们还会感到震动吗？

都灵的想法仍然存在争议-他的实验数据将嗅觉研究人员的跨学科群体划分开来。 但是，如果它们是正确的，并且除了形状，我们还会感觉到振动，我们的鼻子该怎么做？ 都灵推测可以包括量子效应，即所谓的隧道效应。 在量子力学中，电子和所有其他粒子具有双重性质-每个粒子既是粒子又是波。 有时，这会允许电子通过像隧道这样的材料，按照古典物理学的规则，这种方式是不允许粒子通过的。

气味的分子振动可以提供一种能量，使能量从电子从气味接收器的一部分跳到另一部分所需的能量跳下来。 跳跃的速度随着分子的变化而变化，从而引起神经冲动，使大脑产生对不同气味的感知。

因此，我们的鼻子可以成为精密的电子探测器。 我们的鼻子如何以这种方式进化以利用这种量子特性？

都灵说：

“我认为我们可以低估这种技术几个数量级。 XNUMX亿年的研发资金不受限制，这是一个漫长的发展过程。 但是我不认为这是生活中最神奇的事情。”