Livet i kvanteland

Har livet tatt i bruk kvantemekanikk lenge før Max Planck forstod lysets natur? Kanskje, sier fysikere.

Published
Så å si all energi på jorda kommer opprinnelig fra sola, i form av energikvanter eller fotoner. (Illustrasjonsfoto: Colourbox.no)
Så å si all energi på jorda kommer opprinnelig fra sola, i form av energikvanter eller fotoner. (Illustrasjonsfoto: Colourbox.no)

Blipp som glapp


 

Hver uke sveiper en journalist fra forskning.no over saker som det ikke ble tid til å følge opp videre.

Her plottes inn noen av de beste radarblippene som glapp.

Livet tenkte på det først, stod det i en populærvitenskapelig bok jeg leste som gutt. Der fikk jeg vite hvordan biller tok i bruk hjulet for å trille møkk, blekkspruter skjøt rakettfart og flaggermus navigerte med ekkolodd.

Nå kan kvantemekanikk kanskje føyes til listen over oppdagelser som alt lenge har blitt utnyttet av det snartenkte livet.

Bølger og partikler

Kvantemekanikken beskriver den underlige oppførselen til elektroner, atomkjerner og andre ørsmå partikler, som både fins og ikke fins og kan være flere steder på flere måter på en gang.

Grunnlaget for kvantemekanikken ble lagt på begynnelsen av 1900-tallet, da at fysikeren Max Planck forstod at energien til lyspartiklene, fotonene, bare kan ha bestemte verdier, kalt energikvanter.

Disse kvanteegenskapene til fotonene kan livet utnytte, ifølge en artikkel i tidsskriftet Nature Physics.

Fotosyntesen

Forfatterne av artikkelen har blant annet undersøkt en av livets grunnleggende mekanismer for å hente energi fra sola – fotosyntesen.

Planter, alger og andre organismer på land og i vann bruker fotosyntesen for å bygge fundamentet i livets store næringspyramide, som vi alle lever av.

Fotosyntesen er i seg selv et lite mirakel. Selv våre beste solceller kommer ikke i nærheten av den effektiviteten som det minste blad presterer når det samler energi fra sola.

Hvis vi en gang i framtida klarer å forstå og simulere fotosyntesen fullt ut, vil vi trolig ha løst verdens energikrise en gang for alle.

Og kanskje er kvantemekanikken en brikke i dette store biologiske og teknologiske puslespillet.

Moseblad med grønne kloroplaster inni. Kloroplastene er organeller - små organer - som lager sukker av energien i sollyset. Alle planter og alger har slike kloroplaster. (Foto: iStockphoto)
Moseblad med grønne kloroplaster inni. Kloroplastene er organeller - små organer - som lager sukker av energien i sollyset. Alle planter og alger har slike kloroplaster. (Foto: iStockphoto)

Takt gir makt

Forskerne bak artikkelen viser til kjemiske eksperimenter fra 2007. Disse eksperimentene beskriver hvordan elektronene bølger i takt i de grønne pigmentene som fanger sollyset.

Det er som om de danser den samme dansen, instruert av en usynlig koreograf. Dette kalles kvantekoherens.

Det som går i takt, har stor makt. Dette enkle prinsippet gjelder både for små og store fysiske systemer.

Prinsippet gjelder for koherente lysbølger som svinger i takt i den skjærende intense laserstrålen, og det gjelder for soldater som marsjerer i takt over en bro, slik at broen står i fare for å bryte sammen under støveltrampene.

Kvantekoherens

På samme måte kan taktfaste elektroner i pigmentene gi mer effektive kjemiske reaksjoner når sollyset skal omdannes til energirikt sukker i fotosyntesen, spekulerer forskerne.

Kvantekoherens er påvist i pigmentmolekyler i laboratorieforsøk, men ikke i levende organismer. Det er heller ikke sikkert at kvantekoherens er det som skal til for å forklare den imponerende effektiviteten til fotosyntesen.

Men tanken er spennende, og åpner for nye tanker. Hvis plantene kan utnytte kvantemekanikk i fotosyntesen, hva kan da våre hjerner bruke disse effektene til?

Fysikere kommer stadig nærmere de første praktisk anvendbare kvantedatamaskiner. Kan det tenkes at naturen tenkte på dem først også?

Referanse og lenke:

Artikkel på nettstedet Ars Technica

Neill Lambert et.al: Quantum biology, Nature Physics, 9. desember 2012, DOI: 10.1038/NPHYS2474