科學也可以如此靠近

你為什麼能聞到氣味?不要想當然,裡面隱藏著量子力學的奧秘!


2018年1月25日08時 今日科學 宇宙探索
宇宙探索

科學家發現鳥類的導航問題將物理學和自然融為一體,形成了量子生物學,一個全新的世界正等待著我們去探索,但先驅們發現量子力學不僅僅影響著鳥類,它與我們每個人都息息相關,因為最近的實驗表明,量子物理此時此刻就發生在你的身上,無論你相信與否,在你的鼻子中就正在上演。

我們的嗅覺不同尋常,與其他的感官如視覺和聽覺有著天壤之別,在數千種我們可以識別的氣味當中,有許多或許可以激發我們腦海深處那強烈的情感和記憶,這就好似我們對於氣味的感知直接和我們的內在意識相連。不同之處還表現在另一面,其他的感官,如視覺和聽覺都是在探測波,光波和聲波,但是嗅覺則是在探測粒子,化學分子。

最近,科學家逐漸意識到,當遇到我們的嗅覺問題時,總會有極其神秘的事情發生。數十年來,生物學家們認為他們已經對於鼻子如何分辨氣味的原理了如指掌,但物理學家詹妮-布魯克斯則認為嗅覺之花的氣味遠不止如此,因為她嗅到了量子力學的味道。

很多人談到嗅覺或是嗅覺這門科學,似乎都認為這已經被研究透徹,或者對其了如指掌。我們的確對其了解很多了,我們知道如何製造香料,也能用儀器探測出氣味,但或許還有更深層次的東西。

當我們的鼻子在探測氣味時,它們會向我們的大腦傳遞神經信號,但是不同的氣味會產生不同的神經衝動。權威的解釋是,不同的化學分子具有不同的形狀,這個經典理論還要追溯到20世紀50年代,認為氣味分子具有特殊的形狀,從而能與我們鼻子內部的感官起匹配。

如果其具有正確的形狀,那麼就像手語手套一樣匹配,或者鑰匙與鎖一樣,生物學家稱之為鎖鑰不拘小節,如果形狀不相符,那麼就無法與感受器匹配,如果相符就會匹配從而激發特殊的神經衝動知曉氣味。不同的感受器與大腦的不同部位相連,所以當薄荷分子與其專門的感受器想匹配時,就會激發薄荷這種氣味的神經衝動。

但是鎖鑰理論也有問題,就是兩個形狀不同的氣味分子,可能聞起來是同一種氣味,那麼為何兩種不同形狀的分子卻問起來一樣呢?

量子生物學有一個匪夷所思的解釋,認為鼻子並不是在聞化學分子,而是在聽它們。我們都知道,連結原子和分子的化學鍵並不是靜止不動的,而是在振動的,這新奇的嗅覺量子解釋核心全在於振動的化學鍵,化學分子在為鼻子演奏音樂!

試想我們鼻子中的一個感受器就好似一個吉他,在能發出聲音前,一個氣體分子必須先進入到我們的鼻子中,當其到達指定位置時,它的化學鍵就充當琴弦並準備演奏。感受器則會控制量子粒子,即電子,當其從一個原子脫離到達另一個時,它們就會振動氣體分子的化學鍵,就像用用手波動琴弦。

這個理論令人印象深刻的是,它告知我們嗅覺的核心在於分子的振動或其波動性,而與分子的結構外形並無太大關係,所以我們嗅覺產生的原理更像是聽覺。某種特定的分子,比如草會具有特定的振動頻率,但不同的分子,比如薄荷則會具有不同的振動頻率,這就解釋了儘管兩種分子具有不同的結構外形,卻有同一種味道,因為其化學鍵碰巧具有相同的振動頻率。

我們的嗅覺神秘而迷人,但當我們遇到某種氣味時腦海中的記憶與情感就會噴涌而出,這事實上正是被量子力學所激發,這更不可思議!


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