薛定谔的细菌物理实验导致生物体的第一次纠缠

许多科学家认为像纠缠这样的主要量子效应，其中远距离分离的粒子神秘地连接它们的状态，不应该对生物起作用。但是一篇新文章认为它已经有了 - 2016年科学家已经创造了一种薛定谔猫 - 只有量子纠缠的细菌。

通常，我们将量子物理学描述为一组规则来控制极其微小的物体的行为：光粒子，原子和其他无限小的物体。细菌规模的更大的世界(也是我们的规模 - 生活的混乱境界)不应该接近那种奇怪的。

正如乔纳森·奥卡拉汉(Jonathan O'Callaghan)在“科学美国人”(Scientific American)中指出的那样，这就是物理学家欧文·薛定谔(ErwinSchrödinger)在提出他着名的薛定谔猫思想实验时的意思 。在那个思想实验中，盒子里的猫会暴露在放射性粒子中，这种粒子甚至有腐烂的可能性。在盒子被打开之前，这只可怜的猫将同时活着和死亡，这对薛定谔来说显然是荒谬的。关于量子世界的一些东西在我们看来似乎没有意义。[ 量子纠缠的工作原理(信息图) ]

但科学家并不同意普通和量子世界之间的界限 - 或者它是否存在。牛津大学的物理学家Chiara Marletto和最近的论文的合着者，于10月10日在物理通讯杂志上发表，他说，没有理由认为量子效应的大小有限制。 。

“我对研究量子规则停止应用的边界感兴趣，”她告诉Live Science。“有人说量子理论不是一个普遍的理论，所以它不适用于宇宙中的任何物体，但实际上会在某些时候崩溃。我的兴趣是表明实际情况并非如此。”

为此，Marletto和她的同事回过头来看了2017年发表在Small杂志上的一篇论文，该论文似乎显示了细菌中有限的量子效应。他们建立了谢菲尔德大学实验中可能真正发生的事情的理论模型，并且它表明这些细菌实际上可能与轻微粒子纠缠在一起。

这就是为什么这是一个如此激进的想法：

看看你自己，然后看看你旁边的人。你是身体上的独立生物，对吧?

但量子力学告诉我们，情况并非如此。粒子或粒子集合可以彼此束缚，“缠结”，使得它们的波形缠绕在一起。在不描述另一个的情况下，都不能理解或描述粒子。测量一个粒子的物理特性会“折叠”两个粒子的波形。将粒子分开数千英里，你仍然可以通过仅测量另一个来瞬间了解其中一个粒子的物理状态。

根据目前的量子理论，这种效应没有限制。什么适用于质子应该适用于大象。但在实践中，更大的系统更难以纠缠。科学家们一直在争论生物是否过于复杂而无法纠缠。你很难纠缠两头大象，原因就是你很难教大象在奥运会上做双人花样滑冰：没有具体的自然法则说这是不可能的，但是大多数人都认为这是不可能的。

然而，2017年，英国谢菲尔德大学的一个研究小组表示，他们创造了光合细菌中量子耦合的状态。他们将几百个细菌放在一个微小的镜像房间里，并在周围反射光线。(基于迷你房间的长度，只有一定波长的光持续存在，称为共振频率。)随着时间的推移，六种细菌似乎与光形成有限的量子连接。因此，微小房间内光的共振频率似乎与电子在细菌光合分子内部跳入和跳出的频率同步。(有关此效果的更多信息，请查看此链接。)

马莱托说，她的模型表明，这种影响可能不仅仅涉及量子耦合。她说，甚至比实验主义者所描述的还要糟糕

她和她的同事们表示，这种细菌很可能与光线纠缠在一起。这意味着用于定义光和细菌的每个波形的方程式成为一个方程式。没有另一个，它们都不可解决。(根据量子力学，所有物体都可以被描述为粒子和波，但实际上，在像细菌这样的“大”物体中，波形是不可能看到或测量的。)

就像薛定谔在盒子里的众所周知的猫一样，整个系统似乎存在于一个不确定的地狱世界中：轻微的粒子似乎同时击中并错过了细菌。

然而，这并不能证明细菌和光线是完全纠缠在一起的 - 还有其他可能的解释涉及经典物理学，而且还没有被排除在外，她说。

“这个实验中缺少的是能够更深入地确认纠缠的能力，”她说。

量子实验通常涉及测量一个纠缠粒子的物理特征，以确定这些特征是否影响另一个粒子。在这种情况下，这意味着测量细菌的物理特性与光的物理特性一致。这在实验中是不可能的，但是Marletto说实验已经被设计出来，可以证明真正的纠缠。

她说，更有趣的是细菌是否以某种对他们有用的方式使用纠缠的问题，尽管回答这个问题需要更多的实验工作。