光合作用中观察到的量子效应

参与光合作用的分子显示出与无生命物质相同的量子效应，包括格罗宁根大学理论物理学家托马斯拉库尔詹森在内的一个国际科学家小组得出了这一结论。这是量子力学行为首次存在于参与光合作用的生物系统中。对光合作用中这些量子效应的解释可能有助于开发受大自然启发的光捕获装置。该结果发表在5月21日的《自然化学》杂志上。

几年来，关于生物系统中的量子效应一直存在争议。基本思想是，电子输入可以同时处于两种状态，直到它们被观察到。这可以和名为“薛定谔猫”的思想实验相提并论。那只猫被锁在一个盒子里，盒子里装着一小瓶有毒物质。如果剂量子系统锁定了药瓶的盖子，它可以同时打开或关闭，因此猫处于“死”和“活”的混合状态，直到我们打开盒子并观察系统。这恰恰是电子的明显行为。

颤动

在早期的研究中，科学家发现该信号表明细菌中的陷光分子可能同时被激发成两种状态。这本身就证明了量子力学效应的参与，然而在那些实验中，据说激发态持续时间超过1皮秒(0.000 000 000 001秒)。这比基于量子力学理论的预期要长得多。

詹森和他的同事在他们的出版物中指出，以前的观察是错误的。“我们已经证明，他们报道的量子效应只是分子的规则振动。”因此，小组继续寻找。“我们想知道能否观察到薛定谔的猫的情况。”

覆盖物

他们用不同的光偏振来测量捕光的绿色硫细菌。细菌光合复合体由七个光敏分子组成。光子会激发其中两个分子，但是能量会叠加在它们上面。就像猫是死是活，一个分子或另一个分子被光子激发。“在这种叠加的情况下，光谱学应该会显示出特定的振荡信号，”詹森解释道。“这确实是我们所看到的。此外，我们发现量子效应的持续时间和人们根据理论预期的一样长，并证明了它们属于同时叠加在两个分子上的能量。”詹森得出结论，生物系统显示出与非生物系统相同的量子效应。

为该研究项目开发的观测技术可应用于不同的生物和非生物系统。詹森对结果很满意。“对于那些对量子力学的迷人世界感兴趣的人来说，这是一个有趣的观察。此外，该结果可能在新系统的开发中发挥作用，如太阳能的存储或量子计算机的开发。”

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