生命是量子的

量子力学的主要奠基者埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）曾说，生命是量子的，它是处于量子与经典交接的一叶扁舟。在《神秘的量子生命》这本量子生物学奠基之作中，著名的量子生物学家吉姆·艾尔-哈利利（Jim Al-Khalili）和约翰乔·麦克法登（Johnjoe McFadden）则进一步指出，世间万物运行的根基就是量子法则，人们所熟悉的牛顿法则和宏观现象不过是量子现象“退相干”后的产物；能长久地维持相干的量子态才是生命的基础，这也是生命与所有其他事物的本质区别。

对一些非专业人士来说，量子世界的一些性质简直就像魔法，而我们讲述的内容其实很容易理解——你可能早已听说过类似的科普解释——比如原子同时出现在两个地方、粒子像波一样扩散或者若两个分离的粒子相互纠缠，那我们对一个粒子的作用会同时影响远处的另一个粒子。正是这些量子世界违反直觉的特征让我们开始更为深入地理解生命系统。目前看来，生命似乎演化出了各种方法，利用量子世界的“戏法”来为自己的生存提供便利。

量子效应不仅出现在很多生物现象中，在很多生物学家看来，在某种意义上，生物学就是基于量子的。其中的原因不仅在于生物过程会涉及构成物质的量子粒子，而且很多生物的显性机制明显地利用了量子效应。随着研究的深入，量子生物学家还发现，量子隧穿、量子纠缠、量子叠加等量子现象几乎在所有的生命活动中都扮演着关键的角色，不但活细胞中存在上述这些量子效应，植物的光合作用、细胞呼吸、酶的化学反应、鸟类的导航、DNA的工作原理、人类嗅觉力等也都可以用量子力学进行解释。

光合作用是自然界中最重要的化学反应之一，植物就是通过光合作用来获取营养，维持生命。光合作用的难点在于：光子被叶绿素分子捕获后，额外的能量会使电子振动，形成一种叫作“激子”的东西，激子必须以极快的速度和极高的效率转移到一个叫作反应中心的地方，否则光能就会被损耗浪费。研究进一步发现，激子的能量运输效率几乎是100%，而这个效率是经典物理学无法解释的。随着研究的深入，越来越多的科学家认为，激子的能量传递过程符合量子物理的概率性质，能量正是以量子波的叠加形式前往反应中心的，也就是说，激子同时走了所有可能的路线。关于生物具有量子效应的另一个典型例子是鸟类导航，比如我们所熟知的信鸽和欧洲的知更鸟，都可以在远距离飞行中找对路线，不迷路。信鸽和知更鸟之所以不迷路，就是因为在它们的眼睛中有一种叫作隐花色素的蛋白质光感受器，其主要功能是形成一个量子罗盘，利用量子纠缠的原理来进行导航：当光传入鸟的眼睛，击中隐花色素，就会在鸟的眼睛中产生一对纠缠的粒子，形成一个指南针，鸟类就可以据此探测地磁场变化，感受并判断方向。 idP4ZHFLyEoTE9uSsvYJN32sn9lkPi4VSpHadzOtu0hUBGVoPmiUTbp82YweTE8h