ABOUT THE SPEAKER
Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge."

Why you should listen
A professor of physics at the University of Surrey, Jim Al-Khalili doubles as a science communicator and broadcaster. He’s the co-author with Johnjoe McFadden of Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. The book explores this emerging -- and still largely speculative -- area of science suggesting that quantum mechanics may play a role in biology. If so, it may help us understand what drives genetic mutations that lead to cancer, or how robins fly from Scandinavia to the Mediterranean.
More profile about the speaker
Jim Al-Khalili | Speaker | TED.com
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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions

Jim A-Khalili: Come la biologia quantistica può spiegare le più grandi domande della vita.

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Perché i pettirossi sanno che devono volare verso sud? Forse la risposta è più bizzarra del previsto: la fisica quantistica potrebbe essere responsabile di questo fenomeno. Jim Al-Khalili ci offre un quadro d'insieme del recentissimo e stranissimo mondo della biologia quantistica, in cui la "spettrale azione a distanza", come la definì Einstein, aiuta gli uccelli a orientarsi, e i quanti potrebbero spiegare l'origine della vita stessa.
- Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio

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00:13
I'd like to introduceintrodurre you
to an emergingemergente areala zona of sciencescienza,
0
1190
4528
Vi parlerò di un ramo emergente
della scienza,
00:17
one that is still speculativespeculativo
but hugelyenormemente excitingemozionante,
1
5742
3943
un ramo ancora misterioso
ma incredibilmente appassionante
00:21
and certainlycertamente one
that's growingin crescita very rapidlyrapidamente.
2
9709
2629
che sta crescendo con rapidità.
00:25
QuantumQuantum biologybiologia
askschiede a very simplesemplice questiondomanda:
3
13448
4048
La biologia quantistica
si pone una domanda molto semplice:
00:29
Does quantumquantistico mechanicsmeccanica --
4
17520
1350
la meccanica quantistica,
00:30
that weirdstrano and wonderfulmeraviglioso
and powerfulpotente theoryteoria
5
18894
3302
quella misteriosa,
meravigliosa teoria
00:34
of the subatomicsubatomico worldmondo
of atomsatomi and moleculesmolecole
6
22220
2688
di un mondo subatomico
di atomi e molecole
00:36
that underpinsalla base so much
of modernmoderno physicsfisica and chemistrychimica --
7
24932
3488
alla base della fisica
e della chimica moderne,
00:40
alsoanche playgiocare a roleruolo insidedentro the livingvita cellcellula?
8
28444
3412
svolge un ruolo importante
anche all'interno delle cellule?
00:43
In other wordsparole: Are there processesprocessi,
mechanismsmeccanismi, phenomenafenomeni
9
31880
4079
In altre parole: esistono processi,
meccanismi, fenomeni
00:47
in livingvita organismsorganismi
that can only be explainedha spiegato
10
35983
3988
relativi agli organismi viventi
che possono essere spiegati
00:51
with a helpingporzione handmano
from quantumquantistico mechanicsmeccanica?
11
39995
2743
soltanto con l'aiuto
della meccanica quantistica?
00:55
Now, quantumquantistico biologybiologia isn't newnuovo;
12
43546
1637
La biologia quantistica
non è una novità,
00:57
it's been around sinceda the earlypresto 1930s.
13
45207
2401
se ne parla
dai primi anni Trenta.
00:59
But it's only in the last decadedecennio or so
that carefulattento experimentsesperimenti --
14
47928
3715
Ma è solo da una decina di anni
che esperimenti meticolosi,
01:03
in biochemistrybiochimica labslaboratori,
usingutilizzando spectroscopyspettroscopia --
15
51667
3464
nei laboratori di biochimica
e grazie alla spettroscopia,
01:07
have shownmostrato very clearchiaro, firmazienda evidenceprova
that there are certaincerto specificspecifica mechanismsmeccanismi
16
55155
6863
hanno dimostrato con chiarezza
che alcuni meccanismi specifici
01:14
that requirerichiedere quantumquantistico mechanicsmeccanica
to explainspiegare them.
17
62042
2511
sono spiegabili solo
con la meccanica quantistica.
01:17
QuantumQuantum biologybiologia bringsporta togetherinsieme
quantumquantistico physicistsi fisici, biochemistsbiochimici,
18
65674
3329
La biologia quantistica unisce
fisici quantistici, biochimici,
01:21
molecularmolecolare biologistsbiologi --
it's a very interdisciplinaryinterdisciplinare fieldcampo.
19
69027
3641
biologi molecolari,
è davvero interdisciplinare.
01:24
I come from quantumquantistico physicsfisica,
so I'm a nuclearnucleare physicistfisico.
20
72692
3929
Il mio settore è la fisica quantistica,
quindi sono un fisico nucleare.
01:28
I've spentspeso more than threetre decadesdecenni
21
76645
2265
Sono più di trent'anni
01:30
tryingprovare to get my headcapo
around quantumquantistico mechanicsmeccanica.
22
78934
2929
che cerco di capire a fondo
la meccanica quantistica.
01:33
One of the foundersfondatori
of quantumquantistico mechanicsmeccanica, NielsNiels BohrBohr,
23
81887
2493
Uno dei suoi ideatori,
Niels Bohr, disse:
01:36
said, If you're not astonishedstupito by it,
then you haven'tnon hanno understoodinteso it.
24
84404
3350
'Se non ti lascia a bocca aperta,
vuol dire che non l'hai capita'.
01:40
So I sortordinare of feel happycontento
that I'm still astonishedstupito by it.
25
88237
2843
Quindi sono contento
che riesca ancora a stupirmi.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Meglio così.
01:44
But it meanssi intende I studystudia the very
smallestpiù piccolo structuresstrutture in the universeuniverso --
27
92873
6885
Insomma, studio
le strutture più piccole dell'universo,
01:51
the buildingcostruzione blocksblocchi of realityla realtà.
28
99782
2075
i mattoncini della realtà.
01:53
If we think about the scalescala of sizedimensione,
29
101881
3215
Se pensiamo alle grandezze in scala,
01:57
startinizio with an everydayogni giorno objectoggetto
like the tennistennis ballpalla,
30
105120
2952
cominciamo con un oggetto comune
come una palla da tennis,
02:00
and just go down ordersordini
of magnitudemagnitudine in sizedimensione --
31
108096
2901
e scendiamo verso
ordini di grandezza inferiori,
02:03
from the eyeocchio of a needleago down to a cellcellula,
down to a bacteriumbatterio, down to an enzymeenzima --
32
111021
5197
dalla cruna di un ago a una cellula
fino a batteri ed enzimi,
02:08
you eventuallyinfine reachraggiungere the nano-worldnano-mondo.
33
116242
1729
e alla fine
alla dimensione "nano".
02:09
Now, nanotechnologynanotecnologie maypuò be
a termtermine you've heardsentito of.
34
117995
2495
Forse avete già sentito
parlare di nanotecnologia.
02:12
A nanometernanometro is a billionthmiliardesimo of a metermetro.
35
120841
2853
Un nanometro
è un miliardesimo di metro.
02:16
My areala zona is the atomicatomico nucleusnucleo,
whichquale is the tinyminuscolo dotpunto insidedentro an atomatomo.
36
124560
4370
Io mi occupo in particolare del nucleo,
il puntino al centro dell'atomo.
02:20
It's even smallerpiù piccola in scalescala.
37
128954
1932
In scala è addirittura più piccolo.
02:22
This is the domaindominio of quantumquantistico mechanicsmeccanica,
38
130910
1918
Questo è l'ambito della
meccanica quantistica,
02:24
and physicistsi fisici and chemistschimici
have had a long time
39
132852
2516
e ci è voluto molto tempo
perché fisici e chimici
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
ci si abituassero.
02:29
BiologistsBiologi, on the other handmano,
have got off lightlyleggermente, in my viewvista.
41
137248
4457
I biologi, invece, secondo me,
se la sono cavata bene.
02:34
They are very happycontento with theirloro
balls-and-sticksbastoni e palle modelsModelli of moleculesmolecole.
42
142071
4331
Sono felicissimi con i loro modelli
a sfere e bastoncini.
02:38
(LaughterRisate)
43
146426
1082
(Risate)
02:39
The ballspalle are the atomsatomi, the sticksbastoni
are the bondsobbligazioni betweenfra the atomsatomi.
44
147532
3198
Le sfere sono gli atomi, i bastoncini
i legami tra gli atomi.
02:42
And when they can't buildcostruire them
physicallyfisicamente in the lablaboratorio,
45
150754
2494
Se i biologi non possono ricostruirli
in laboratorio,
02:45
nowadaysal giorno d'oggi, they have
very powerfulpotente computerscomputer
46
153272
2392
oggi hanno computer molto potenti
02:47
that will simulatesimulare a hugeenorme moleculemolecola.
47
155688
1967
capaci di simulare grosse molecole.
02:49
This is a proteinproteina madefatto up
of 100,000 atomsatomi.
48
157679
3664
Questa è una proteina
formata da 100.000 atomi.
02:54
It doesn't really requirerichiedere much in the way
of quantumquantistico mechanicsmeccanica to explainspiegare it.
49
162003
4335
In realtà può essere spiegata
anche senza meccanica quantistica.
02:59
QuantumQuantum mechanicsmeccanica
was developedsviluppato in the 1920s.
50
167695
2889
La meccanica quantistica
fu sviluppata negli anni Venti.
03:02
It is a setimpostato of beautifulbellissimo and powerfulpotente
mathematicalmatematico rulesregole and ideasidee
51
170965
6880
È un insieme di regole matematiche
e di concetti assolutamente affascinanti
03:09
that explainspiegare the worldmondo of the very smallpiccolo.
52
177869
2608
che spiegano il mondo del molto piccolo.
03:12
And it's a worldmondo that's very differentdiverso
from our everydayogni giorno worldmondo,
53
180501
3372
Questo mondo è molto diverso
da quello che conosciamo,
03:15
madefatto up of trillionsmigliaia di miliardi of atomsatomi.
54
183897
1519
è fatto da trilioni di atomi.
03:17
It's a worldmondo builtcostruito
on probabilityprobabilità and chanceopportunità.
55
185440
3557
È un mondo basato
sulla probabilità e sulla possibilità.
03:21
It's a fuzzysfocato worldmondo.
56
189818
1302
È un mondo incerto.
03:23
It's a worldmondo of phantomsfantasmi,
57
191144
1730
Un mondo di fantasmi
03:24
where particlesparticelle can alsoanche behavecomportarsi
like spread-outsparso wavesonde.
58
192898
3348
in cui le particelle si possono
diffondere anche come onde.
03:30
If we imagineimmaginare quantumquantistico mechanicsmeccanica
or quantumquantistico physicsfisica, then,
59
198157
2862
Immaginando la meccanica quantistica
o la fisica quantistica
03:33
as the fundamentalfondamentale
foundationfondazione of realityla realtà itselfsi,
60
201043
5214
come fondamenta
della realtà stessa,
03:38
then it's not surprisingsorprendente that we say
61
206281
1730
possiamo affermare
03:40
quantumquantistico physicsfisica underpinsalla base
organicbiologico chemistrychimica.
62
208035
2420
che la fisica quantistica
è alla base della chimica organica.
03:42
After all, it gives us
the rulesregole that tell us
63
210479
2120
Dopotutto, ci dà le regole
che spiegano
03:44
how the atomsatomi fitin forma togetherinsieme
to make organicbiologico moleculesmolecole.
64
212623
2641
come gli atomi, insieme,
formano le molecole organiche.
03:47
OrganicOrganico chemistrychimica,
scaledscalato up in complexitycomplessità,
65
215288
3239
Un gradino sopra la chimica organica
sulla scala della complessità
03:50
gives us molecularmolecolare biologybiologia,
whichquale of coursecorso leadsconduce to life itselfsi.
66
218551
3322
c'è la biologia molecolare,
che ci riconduce alla vita stessa.
03:54
So in a way, it's sortordinare of not surprisingsorprendente.
67
222174
1977
Nulla di nuovo, in un certo senso.
03:56
It's almostquasi trivialbanale.
68
224175
1214
Quasi banale.
03:57
You say, "Well, of coursecorso life ultimatelyin definitiva
mustdovere dependdipendere of quantumquantistico mechanicsmeccanica."
69
225413
4220
Direte: 'Certo, alla fine la vita
dipende dalla meccanica quantistica';
04:02
But so does everything elsealtro.
70
230141
2390
In realtà tutto dipende da questa.
04:04
So does all inanimateinanimato matterimporta,
madefatto up of trillionsmigliaia di miliardi of atomsatomi.
71
232555
3615
Anche la materia inanimata
formata da trilioni di atomi.
04:08
UltimatelyIn definitiva, there's a quantumquantistico levellivello
72
236501
4878
Insomma, c'è un livello quantico
04:13
where we have to delvescavare into
this weirdnessstranezze.
73
241403
2183
con tutti i suoi misteri
da investigare.
04:15
But in everydayogni giorno life,
we can forgetdimenticare about it.
74
243610
2416
Possiamo anche dimenticarli,
nella vita quotidiana:
04:18
Because onceuna volta you put togetherinsieme
trillionsmigliaia di miliardi of atomsatomi,
75
246404
3199
una volta che trilioni
di atomi si combinano,
04:21
that quantumquantistico weirdnessstranezze
just dissolvesdissolve away.
76
249627
2615
quei misteri quantici
si dissolvono.
04:27
QuantumQuantum biologybiologia isn't about this.
77
255288
2569
Ma la biologia quantistica
non si occupa di questo.
04:29
QuantumQuantum biologybiologia isn't this obviousevidente.
78
257881
2556
Non è così ovvia.
04:32
Of coursecorso quantumquantistico mechanicsmeccanica
underpinsalla base life at some molecularmolecolare levellivello.
79
260461
4229
Certo, la meccanica quantistica
è alla base della vita a livello molecolare.
04:37
QuantumQuantum biologybiologia is about looking
for the non-trivialnon banale --
80
265254
6004
La biologia quantistica consiste invece
nel cercare ciò che non è scontato,
04:43
the counterintuitivecontrointuitivo ideasidee
in quantumquantistico mechanicsmeccanica --
81
271282
4476
i concetti meno evidenti
della meccanica quantistica,
04:47
and to see if they do, indeedinfatti,
playgiocare an importantimportante roleruolo
82
275782
3015
per capire se sono davvero importanti
04:50
in describingdescrivendo the processesprocessi of life.
83
278821
2452
per spiegare i processi vitali.
04:54
Here is my perfectperfezionare exampleesempio
of the counterintuitivenesscounterintuitiveness
84
282653
5220
Vi faccio un esempio
sulla non-intuitività
04:59
of the quantumquantistico worldmondo.
85
287897
1446
del mondo dei quanti.
05:01
This is the quantumquantistico skiersciatore.
86
289367
1251
Ecco uno sciatore quantico.
05:02
He seemssembra to be intactintatto,
he seemssembra to be perfectlyperfettamente healthysalutare,
87
290642
2640
Sembra intatto, in ottime
condizioni fisiche,
05:05
and yetancora, he seemssembra to have goneandato around
bothentrambi sideslati of that treealbero at the samestesso time.
88
293306
4127
ma sembra anche aver superato l'albero
da entrambi i lati nello stesso momento.
05:09
Well, if you saw tracksbrani like that
89
297457
1663
Se vedeste un percorso simile
05:11
you'dfaresti guessindovina it was some
sortordinare of stuntStunt, of coursecorso.
90
299144
2309
pensereste di sicuro
che si tratti di un trucco.
05:13
But in the quantumquantistico worldmondo,
this happensaccade all the time.
91
301477
2591
Ma nel mondo dei quanti
è sempre così.
05:16
ParticlesParticelle can multitaskmultitask,
they can be in two placesposti at onceuna volta.
92
304864
3026
Le particelle possono stare in due posti
o fare più cose
05:19
They can do more than one thing
at the samestesso time.
93
307914
2328
nello stesso momento,
sono multitasking.
05:22
ParticlesParticelle can behavecomportarsi
like spread-outsparso wavesonde.
94
310266
2643
Possono presentarsi
sotto forma di onde.
05:25
It's almostquasi like magicMagia.
95
313298
1599
Sembra una magia.
05:27
PhysicistsFisici and chemistschimici have had
nearlyquasi a centurysecolo
96
315538
2749
Ci è voluto quasi un secolo
perché fisici e chimici
05:30
of tryingprovare to get used to this weirdnessstranezze.
97
318311
2646
si abituassero a questa stranezza.
05:33
I don't blamecolpa the biologistsbiologi
98
321445
1350
Non sto incolpando i biologi
05:34
for not havingavendo to or wantingvolendo
to learnimparare quantumquantistico mechanicsmeccanica.
99
322819
2635
per non dover o voler
imparare la meccanica quantistica.
05:37
You see, this weirdnessstranezze is very delicatedelicato;
100
325478
3198
Questa stranezza
è una questione delicata,
05:40
and we physicistsi fisici work very harddifficile
to maintainmantenere it in our labslaboratori.
101
328700
4450
e noi fisici ci impegniamo al massimo
per conservarla in laboratorio.
05:45
We coolfreddo our systemsistema down
to nearvicino absoluteassoluto zerozero,
102
333174
4204
Raffreddiamo il sistema
quasi fino allo zero assoluto,
05:49
we carrytrasportare out our experimentsesperimenti in vacuumsAspiratori professionali,
103
337402
1945
usiamo macchine a vuoto
05:51
we try and isolateisolato it
from any externalesterno disturbancedispersione.
104
339371
3527
e cerchiamo di isolarlo
da qualsiasi disturbo esterno.
05:55
That's very differentdiverso from the warmcaldo,
messydisordinato, noisyrumoroso environmentambiente of a livingvita cellcellula.
105
343602
5078
È molto diverso dall'ambiente caldo,
caotico e rumoroso di una cellula.
06:01
BiologyBiologia itselfsi, if you think of
molecularmolecolare biologybiologia,
106
349960
2787
La biologia, la biologia molecolare,
06:04
seemssembra to have donefatto very well
in describingdescrivendo all the processesprocessi of life
107
352771
3457
sembra aver descritto benissimo
i processi vitali
06:08
in termscondizioni of chemistrychimica --
chemicalchimico reactionsreazioni.
108
356252
2486
dal punto di vista
delle reazioni chimiche.
06:10
And these are reductionistriduzionista,
deterministicdeterministico chemicalchimico reactionsreazioni,
109
358762
4850
Queste reazioni chimiche
sono riduzionistiche, deterministiche,
06:15
showingmostrando that, essentiallyessenzialmente, life is madefatto
of the samestesso stuffcose as everything elsealtro,
110
363636
5114
dimostrano che la vita è fatta
dalla stessa materia che forma tutto,
06:20
and if we can forgetdimenticare about quantumquantistico
mechanicsmeccanica in the macromacro worldmondo,
111
368774
3060
e che se possiamo dimenticarci
della meccanica quantistica
06:23
then we should be ablecapace to forgetdimenticare
about it in biologybiologia, as well.
112
371858
3246
nel mondo macro, possiamo
dimenticarcela anche in biologia.
06:27
Well, one man beggedelemosinato
to differdifferire with this ideaidea.
113
375706
3364
Qualcuno però non era d'accordo
con questa teoria.
06:32
ErwinErwin SchrSchrödingerDinger,
of SchrSchrödinger'sdi Dinger CatGatto famefama,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
quello del famoso gatto di Schrödinger,
06:35
was an AustrianAustriaco physicistfisico.
115
383555
1317
era un fisico austriaco.
06:36
He was one of the foundersfondatori
of quantumquantistico mechanicsmeccanica in the 1920s.
116
384896
3183
Fu uno dei fondatori della meccanica
quantistica negli anni Venti.
06:40
In 1944, he wroteha scritto a booklibro
calledchiamato "What is Life?"
117
388663
2707
Nel 1944 scrisse un libro
intitolato "Che cos'è la vita?"
06:43
It was tremendouslytremendamente influentialinfluente.
118
391839
1731
Ebbe un impatto incredibile.
06:45
It influencedinfluenzato FrancisFrancesco CrickCrick
and JamesJames WatsonWatson,
119
393594
2881
Influenzò Francis Crick
e James Watson,
06:48
the discoverersscopritori of the double-helixdoppia elica
structurestruttura of DNADNA.
120
396499
2523
gli scopritori della struttura
a doppia elica del DNA.
06:51
To paraphraseparafrasi a descriptiondescrizione
in the booklibro, he saysdice:
121
399343
3668
In una spiegazione
del suo libro dice:
06:55
At the molecularmolecolare levellivello,
livingvita organismsorganismi have a certaincerto orderordine,
122
403035
5786
A livello molecolare, gli organismi
viventi hanno un certo ordine,
07:00
a structurestruttura to them that's very differentdiverso
123
408845
3232
una struttura molto diversa
07:04
from the randomcasuale thermodynamictermodinamico jostlingspintoni
of atomsatomi and moleculesmolecole
124
412101
4736
da quella massa caotica
di atomi e molecole
07:08
in inanimateinanimato matterimporta
of the samestesso complexitycomplessità.
125
416861
3706
nella materia inanimata
di pari complessità.
07:13
In factfatto, livingvita matterimporta seemssembra to behavecomportarsi
in this orderordine, in a structurestruttura,
126
421504
5014
Di fatto la materia organica sembra
organizzarsi in una struttura, quindi,
07:18
just like inanimateinanimato matterimporta
cooledraffreddato ad down to nearvicino absoluteassoluto zerozero,
127
426542
3834
proprio come la materia inanimata
portata quasi allo zero assoluto
07:22
where quantumquantistico effectseffetti
playgiocare a very importantimportante roleruolo.
128
430400
3033
in cui gli effetti dei quanti
sono fondamentali.
07:26
There's something specialspeciale
about the structurestruttura -- the orderordine --
129
434280
4160
La struttura, l'ordine
all'interno di una cellula
07:30
insidedentro a livingvita cellcellula.
130
438464
1560
è in qualche modo speciale.
07:32
So, SchrSchrödingerDinger speculatedspeculato that maybe
quantumquantistico mechanicsmeccanica playsgiochi a roleruolo in life.
131
440048
5293
Schrödinger ipotizzò che la meccanica
quantistica potesse incidere sulla vita.
07:38
It's a very speculativespeculativo,
far-reachingvasta portata ideaidea,
132
446096
3425
È un'ipotesi d'ampia portata
07:41
and it didn't really go very farlontano.
133
449545
2873
che alla fine non andò lontano.
07:45
But as I mentionedmenzionato at the startinizio,
134
453536
1533
Ma come ho detto all'inizio,
07:47
in the last 10 yearsanni, there have been
experimentsesperimenti emergingemergente,
135
455093
2799
negli ultimi dieci anni
sempre più esperimenti
07:49
showingmostrando where some of these
certaincerto phenomenafenomeni in biologybiologia
136
457916
4055
hanno mostrato quali fenomeni
biologici sembrano
07:53
do seemsembrare to requirerichiedere quantumquantistico mechanicsmeccanica.
137
461995
1763
connessi alla meccanica quantistica.
07:55
I want to shareCondividere with you
just a fewpochi of the excitingemozionante onesquelli.
138
463782
3123
Voglio condividere con voi
quelli più interessanti.
08:00
This is one of the best-knownpiù noti
phenomenafenomeni in the quantumquantistico worldmondo,
139
468215
3707
Questo è uno dei fenomeni più noti
nel mondo dei quanti,
08:03
quantumquantistico tunnelingTunneling.
140
471946
1701
l'effetto tunnel.
08:05
The boxscatola on the left showsSpettacoli
the wavelikeondulatorio, spread-outsparso distributiondistribuzione
141
473671
4389
La metà di sinistra mostra
la distribuzione a onda
08:10
of a quantumquantistico entityentità --
a particleparticella, like an electronelettrone,
142
478084
2761
di un'entità quantica, una particella
come un elettrone,
08:12
whichquale is not a little ballpalla
bouncingrimbalzare off a wallparete.
143
480869
3637
che non rimbalza contro
il muro come una pallina.
08:16
It's a waveonda that has a certaincerto probabilityprobabilità
of beingessere ablecapace to permeatepermeare
144
484530
4739
È un'onda che ha una certa probabilità
di attraversare
08:21
throughattraverso a solidsolido wallparete, like a phantomfantasma
leapingche salta throughattraverso to the other sidelato.
145
489293
3406
un muro, come un fantasma
che passa dall'altra parte.
08:24
You can see a faintsvenire smudgesfumino of lightleggero
in the right-handmano destra boxscatola.
146
492723
4098
Nella metà di destra potete
vedere un alone luminoso.
08:29
QuantumQuantum tunnelingTunneling suggestssuggerisce that a particleparticella
can hitcolpire an impenetrableimpenetrabile barrierbarriera,
147
497773
4612
L'effetto tunnel suggerisce
che una particella può colpire una barriera
08:34
and yetancora somehowin qualche modo, as thoughanche se by magicMagia,
148
502409
2460
impenetrabile, e poi,
come per magia,
08:36
disappearscomparire from one sidelato
and reappearriapparire on the other.
149
504893
2444
scomparire e riapparire
nel lato opposto.
08:39
The nicestpiù belle way of explainingspiegando it is
if you want to throwgettare a ballpalla over a wallparete,
150
507658
4251
Per capire, diciamo che se vogliamo
lanciare una palla oltre un muro
08:43
you have to give it enoughabbastanza energyenergia
to get over the topsuperiore of the wallparete.
151
511933
3577
dobbiamo darle una spinta sufficiente
perché superi quell'ostacolo.
08:47
In the quantumquantistico worldmondo,
you don't have to throwgettare it over the wallparete,
152
515534
3058
Nel mondo dei quanti invece
non dobbiamo lanciarla oltre il muro
08:50
you can throwgettare it at the wallparete,
and there's a certaincerto non-zeronon nullo probabilityprobabilità
153
518616
3407
ma contro il muro,
e c'è una possibilità non nulla
08:54
that it'llsara disappearscomparire on your sidelato,
and reappearriapparire on the other.
154
522047
3323
che sparisca da quel lato
per riapparire dall'altro.
08:57
This isn't speculationspeculazione, by the way.
155
525394
1678
Non sono semplici
congetture.
08:59
We're happycontento -- well, "happycontento"
is not the right wordparola --
156
527096
3396
Siamo contenti - beh, 'contenti'
non è la parola esatta -
09:02
(LaughterRisate)
157
530516
2045
(Risate)
09:04
we are familiarfamiliare with this.
158
532585
1618
siamo abituati a tutto ciò.
09:06
(LaughterRisate)
159
534227
2745
(Risate)
09:08
QuantumQuantum tunnelingTunneling
takes placeposto all the time;
160
536996
2294
L'effetto tunnel si verifica sempre,
09:11
in factfatto, it's the reasonragionare our SunSole shinesbrilla.
161
539314
2667
e spiega perché il Sole brilla.
09:14
The particlesparticelle fusefusibile togetherinsieme,
162
542655
1509
Le particelle fondono
09:16
and the SunSole turnsgiri hydrogenidrogeno
into heliumElio throughattraverso quantumquantistico tunnelingTunneling.
163
544188
3698
e il Sole trasforma l'idrogeno in elio
tramite l'effetto tunnel.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discoveredscoperto
that quantumquantistico tunnelingTunneling alsoanche takes placeposto
164
549464
5220
Negli anni Settanta e Ottanta
si scoprì l'effetto tunnel
09:26
insidedentro livingvita cellscellule.
165
554708
1192
anche nelle cellule.
09:28
EnzymesEnzimi, those workhorsescavalli da tiro of life,
the catalystscatalizzatori of chemicalchimico reactionsreazioni --
166
556290
6266
Gli enzimi, gran lavoratori,
catalizzatori delle reazioni chimiche,
09:34
enzymesenzimi are biomoleculesbiomolecole that speedvelocità up
chemicalchimico reactionsreazioni in livingvita cellscellule,
167
562580
4166
sono biomolecole che accelerano
le reazioni chimiche nelle cellule
09:38
by manymolti, manymolti ordersordini of magnitudemagnitudine.
168
566770
1703
di molti ordini di grandezza.
09:40
And it's always been a mysterymistero
how they do this.
169
568497
2784
Nessuno sa come lo facciano.
09:43
Well, it was discoveredscoperto
170
571650
1189
È stato scoperto
09:44
that one of the trickstrucchi that enzymesenzimi
have evolvedevoluto to make use of,
171
572863
4852
che uno dei trucchi
usati dagli enzimi
09:49
is by transferringtrasferimento subatomicsubatomico particlesparticelle,
like electronselettroni and indeedinfatti protonsprotoni,
172
577739
5228
sta nel trasferire particelle subatomiche,
come elettroni e protoni,
09:54
from one partparte of a moleculemolecola
to anotherun altro viaattraverso quantumquantistico tunnelingTunneling.
173
582991
4661
da una parte all'altra di una molecola
grazie all'effetto tunnel.
10:00
It's efficientefficiente, it's fastveloce,
it can disappearscomparire --
174
588333
2851
È efficiente, veloce,
può scomparire,
10:03
a protonprotone can disappearscomparire from one placeposto,
and reappearriapparire on the other.
175
591208
3111
un protone può scomparire
e riapparire in un altro punto.
10:06
EnzymesEnzimi help this take placeposto.
176
594343
1629
E gli enzimi lo aiutano a farlo.
10:08
This is researchricerca that's been
carriedtrasportato out back in the 80s,
177
596548
2683
Si tratta di ricerche condotte
negli anni Ottanta,
10:11
particularlysoprattutto by a groupgruppo
in BerkeleyBerkeley, JudithJudith KlinmanKlinman.
178
599255
4037
in particolare da un team
di Berkeley, Judith Klinman.
10:15
Other groupsgruppi in the UKREGNO UNITO
have now alsoanche confirmedconfermato
179
603316
2205
Oggi arrivano conferme
anche dal Regno Unito:
10:17
that enzymesenzimi really do this.
180
605545
1411
gli enzimi lavorano così.
10:21
ResearchRicerca carriedtrasportato out by my groupgruppo --
181
609048
2549
Anche il mio team ha condotto ricerche,
10:23
so as I mentionedmenzionato,
I'm a nuclearnucleare physicistfisico,
182
611621
2434
come vi ho detto
sono un fisico nucleare,
10:26
but I've realizedrealizzato I've got these toolsutensili
of usingutilizzando quantumquantistico mechanicsmeccanica
183
614079
3055
ma spesso uso gli strumenti
della meccanica quantistica
10:29
in atomicatomico nucleinuclei, and so can applyapplicare
those toolsutensili in other areasle zone as well.
184
617158
5085
per studiare i nuclei degli atomi,
applicandoli ad altre aree di studio.
10:35
One questiondomanda we askedchiesto
185
623404
1810
Nel mio team ci chiedevamo
10:37
is whetherse quantumquantistico tunnelingTunneling
playsgiochi a roleruolo in mutationsmutazioni in DNADNA.
186
625238
4298
se l'effetto tunnel è coinvolto
nelle mutazioni genetiche.
10:41
Again, this is not a newnuovo ideaidea;
it goesva all the way back to the earlypresto 60s.
187
629843
3660
Lo ripeto, non è un'idea nuova,
risale ai primi anni Sessanta.
10:45
The two strandstrefoli of DNADNA,
the double-helixdoppia elica structurestruttura,
188
633527
2961
I due filamenti di DNA,
la struttura a doppia elica,
10:48
are heldheld togetherinsieme by rungspioli;
it's like a twistedcontorto ladderscala.
189
636512
2823
sono tenuti insieme da pioli,
è come una scala a chiocciola.
10:51
And those rungspioli of the ladderscala
are hydrogenidrogeno bondsobbligazioni --
190
639359
3507
Quei pioli sono
legami idrogeno,
10:54
protonsprotoni, that actatto as the gluecolla
betweenfra the two strandstrefoli.
191
642890
3790
cioè protoni che fanno da
collante tra i due filamenti.
10:58
So if you zoomzoom in, what they're doing
is holdingdetenzione these largegrande moleculesmolecole --
192
646704
4750
Con uno zoom vedremmo
che tengo queste grandi molecole,
11:03
nucleotidesnucleotidi -- togetherinsieme.
193
651478
1607
i nucleotidi.
11:06
ZoomZoom in a bitpo more.
194
654130
1150
Aumentiamo lo zoom.
11:07
So, this a computercomputer simulationsimulazione.
195
655304
1916
Ecco una simulazione al computer.
11:09
The two whitebianca ballspalle
in the middlein mezzo are protonsprotoni,
196
657855
3542
Le due sfere bianche
centrali sono protoni,
11:13
and you can see that
it's a doubleraddoppiare hydrogenidrogeno bondlegame.
197
661421
2299
e sono unite da
un doppio legame idrogeno.
11:15
One preferspreferisce to sitsedersi on one sidelato;
the other, on the other sidelato
198
663744
3314
Una preferisce stare da un lato,
l'altra dall'altro lato
11:19
of the two strandstrefoli of the verticalverticale linesLinee
going down, whichquale you can't see.
199
667082
4558
dei due filamenti che scendono,
qui non visibili.
11:24
It can happenaccadere that
these two protonsprotoni can hophop over.
200
672410
3395
Può succedere che i due protoni saltino.
11:27
Watch the two whitebianca ballspalle.
201
675829
1436
Osservate le sfere bianche.
11:29
They can jumpsaltare over to the other sidelato.
202
677748
1998
Possono saltare dall'altra parte.
11:32
If the two strandstrefoli of DNADNA then separateseparato,
leadingprincipale to the processprocesso of replicationreplicazione,
203
680239
5646
Se i due filamenti di DNA si separano
dando inizio al processo di replicazione,
11:37
and the two protonsprotoni
are in the wrongsbagliato positionsposizioni,
204
685909
3199
e i protoni si trovano
nella posizione sbagliata,
11:41
this can leadcondurre to a mutationmutazione.
205
689132
1763
si può avere una mutazione genetica.
11:43
This has been knownconosciuto for halfmetà a centurysecolo.
206
691204
1872
Lo sappiamo da una cinquantina d'anni.
11:45
The questiondomanda is: How likelyprobabile
are they to do that,
207
693100
2343
Il punto è: quante probabilità
ci sono che accada,
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
e se ci sono, come avviene?
11:49
Do they jumpsaltare acrossattraverso,
like the ballpalla going over the wallparete?
209
697869
3019
I protoni saltellano,
come le palline oltre il muro?
11:52
Or can they quantum-tunnelQuantum-tunnel acrossattraverso,
even if they don't have enoughabbastanza energyenergia?
210
700912
3502
O sfruttano l'effetto tunnel,
pur non avendo abbastanza energia?
11:57
EarlyPresto indicationsindicazioni suggestsuggerire that
quantumquantistico tunnelingTunneling can playgiocare a roleruolo here.
211
705089
4252
I primi dati fanno pensare
che l'effetto tunnel qui è importante,
12:01
We still don't know yetancora
how importantimportante it is;
212
709365
2124
ma non sappiamo ancora
quanto;
12:03
this is still an openAperto questiondomanda.
213
711513
1792
la questione è ancora aperta.
12:06
It's speculativespeculativo,
214
714199
1150
È tutto incerto,
12:07
but it's one of those questionsle domande
that is so importantimportante
215
715373
2643
ma è una questione
davvero importante,
12:10
that if quantumquantistico mechanicsmeccanica
playsgiochi a roleruolo in mutationsmutazioni,
216
718040
2446
se la meccanica quantistica
agisce sulle mutazioni
12:12
surelycertamente this mustdovere have biggrande implicationsimplicazioni,
217
720510
2299
allora avrà un peso notevole
12:14
to understandcapire certaincerto typestipi of mutationsmutazioni,
218
722833
2694
nel capire certi tipi di mutazione,
12:17
possiblypossibilmente even those that leadcondurre
to turningsvolta a cellcellula cancerouscancerose.
219
725551
3756
forse anche quelle che rendono
cancerogena una cellula.
12:22
AnotherUn altro exampleesempio of quantumquantistico mechanicsmeccanica
in biologybiologia is quantumquantistico coherencecoerenza,
220
730803
5299
Altro esempio di meccanica quantistica
in biologia è la coerenza quantistica
12:28
in one of the mostmaggior parte
importantimportante processesprocessi in biologybiologia,
221
736126
2353
in uno dei principali
processi biologici,
12:30
photosynthesisfotosintesi: plantspiante
and bacteriabatteri takingpresa sunlightluce del sole,
222
738503
3941
la fotosintesi: piante e batteri
assorbono luce solare
12:34
and usingutilizzando that energyenergia to createcreare biomassbiomassa.
223
742468
2954
e la usano per creare biomassa.
12:38
QuantumQuantum coherencecoerenza is the ideaidea
of quantumquantistico entitiesentità multitaskingmultitasking.
224
746215
4152
La coerenza quantistica spiega
le entità quantiche multitasking.
12:42
It's the quantumquantistico skiersciatore.
225
750912
1604
È lo sciatore quantico.
12:44
It's an objectoggetto that behavessi comporta like a waveonda,
226
752540
2952
È paragonabile a un'onda,
12:47
so that it doesn't just movemossa
in one directiondirezione or the other,
227
755516
2902
quindi non si limita a spostarsi
in una direzione
12:50
but can followSeguire multiplemultiplo pathwayspercorsi
at the samestesso time.
228
758442
3320
ma può seguire più percorsi
nello stesso istante.
12:54
Some yearsanni agofa,
the worldmondo of sciencescienza was shockedscioccato
229
762708
3916
Qualche anno fa una ricerca
scosse la comunità scientifica
12:58
when a papercarta was publishedpubblicato
showingmostrando experimentalsperimentale evidenceprova
230
766648
3584
mostrando con prove sperimentali
13:02
that quantumquantistico coherencecoerenza
takes placeposto insidedentro bacteriabatteri,
231
770256
3776
che la coerenza quantistica si manifesta
all'interno dei batteri
13:06
carryingportando out photosynthesisfotosintesi.
232
774056
1686
responsabili della fotosintesi.
13:07
The ideaidea is that the photonfotone,
the particleparticella of lightleggero, the sunlightluce del sole,
233
775766
3064
L'idea è che il fotone,
la particella di luce solare,
13:10
the quantumquantistico of lightleggero
capturedcaptured by a chlorophyllclorofilla moleculemolecola,
234
778854
3344
il quanto di luce catturato
da una molecola di clorofilla,
13:14
is then deliveredconsegnato to what's calledchiamato
the reactionreazione centercentro,
235
782222
2591
venga trasportato al cosiddetto
centro reattivo
13:16
where it can be turnedtrasformato into
chemicalchimico energyenergia.
236
784837
2064
dove poi viene trasformato
in energia chimica.
13:18
And in gettingottenere there,
it doesn't just followSeguire one routeitinerario;
237
786925
2648
Nel tragitto
non segue una strada sola;
13:21
it followssegue multiplemultiplo pathwayspercorsi at onceuna volta,
238
789597
2215
segue più strade nello stesso momento
13:23
to optimizeottimizzare the mostmaggior parte efficientefficiente way
of reachingraggiungendo the reactionreazione centercentro
239
791836
4337
per arrivare al centro reattivo
nel modo più efficiente,
13:28
withoutsenza dissipatingdissipando as wasterifiuto heatcalore.
240
796197
1721
senza disperdersi come calore.
13:31
QuantumQuantum coherencecoerenza takingpresa placeposto
insidedentro a livingvita cellcellula.
241
799228
3309
Coerenza quantistica
all'interno di una cellula.
13:34
A remarkablenotevole ideaidea,
242
802561
2120
Un'idea straordinaria,
13:36
and yetancora evidenceprova is growingin crescita almostquasi weeklysettimanalmente,
with newnuovo papersdocumenti comingvenuta out,
243
804705
6235
provata dalla continua pubblicazione
di nuovi studi
13:42
confirmingconferma that this
does indeedinfatti take placeposto.
244
810964
2212
che confermano la sua veridicità.
13:45
My thirdterzo and finalfinale exampleesempio
is the mostmaggior parte beautifulbellissimo, wonderfulmeraviglioso ideaidea.
245
813555
4739
Il mio terzo e ultimo esempio
presenta l'idea più stupefacente.
13:50
It's alsoanche still very speculativespeculativo,
but I have to shareCondividere it with you.
246
818318
4063
È sempre molto incerta
ma voglio condividerla con voi.
13:54
The EuropeanEuropeo robinRobin
migratesmigra from ScandinaviaScandinavia
247
822405
4612
Il pettirosso europeo
migra dalla Scandinavia
13:59
down to the MediterraneanMediterraneo, everyogni autumnautunno,
248
827041
2635
al Mediterraneo, ogni autunno,
14:01
and like a lot of other
marineMarine animalsanimali and even insectsinsetti,
249
829700
3373
e come molti altri insetti
e animali marini
14:05
they navigatenavigare by sensingsensing
the Earth'sDella terra magneticmagnetico fieldcampo.
250
833097
4300
si orienta rispetto
al campo magnetico terrestre.
14:10
Now, the Earth'sDella terra magneticmagnetico fieldcampo
is very, very weakdebole;
251
838968
2427
Il campo magnetico terrestre
è molto, molto debole,
14:13
it's 100 timesvolte weakerpiù debole
than a fridgeFrigorifero magnetmagnete,
252
841419
2080
cento volte più debole
di una calamita da frigo,
14:15
and yetancora it affectscolpisce the chemistrychimica --
somehowin qualche modo -- withinentro a livingvita organismorganismo.
253
843523
5601
eppure riesce a influenzare
la chimica degli organismi viventi.
14:21
That's not in doubtdubbio --
a GermanTedesco couplecoppia of ornithologistsornitologi,
254
849932
3806
Su questo non c'è dubbio: negli anni
Settanta due ornitologi tedeschi,
14:25
WolfgangWolfgang and RoswithaRoswitha WiltschkoWiltschko,
in the 1970s, confirmedconfermato that indeedinfatti,
255
853762
4260
Wolgang e Roswitha Wiltschko,
confermarono
14:30
the robinRobin does find its way by somehowin qualche modo
sensingsensing the Earth'sDella terra magneticmagnetico fieldcampo,
256
858046
3977
che il pettirosso si orienta
perché il campo magnetico terrestre
14:34
to give it directionaldirezionale informationinformazione --
a built-inbuilt-in compassbussola.
257
862047
3327
gli dà indicazioni sulla direzione,
come una bussola incorporata.
14:37
The puzzlepuzzle, the mysterymistero was:
How does it do it?
258
865398
2249
Il mistero restava capire
come ci riuscisse.
14:40
Well, the only theoryteoria in towncittadina --
259
868351
3030
L'unica teoria avanzata,
14:43
we don't know if it's the correctcorretta theoryteoria,
but the only theoryteoria in towncittadina --
260
871405
3436
non sappiamo se è la teoria corretta
ma è l'unica,
14:46
is that it does it viaattraverso something
calledchiamato quantumquantistico entanglemententanglement.
261
874865
2984
sostiene che ciò avviene
tramite l'entanglement quantistico.
14:50
InsideAll'interno the robin'sdi Robin retinaretina --
262
878567
2374
Nella retina del pettirosso,
14:52
I kidragazzo you not -- insidedentro the robin'sdi Robin retinaretina
is a proteinproteina calledchiamato cryptochromecrittocromo,
263
880965
4232
non vi prendo in giro, nella sua retina
c'è il criptocromo,
14:57
whichquale is light-sensitivesensibile alla luce.
264
885221
1380
una proteina fotosensibile.
14:58
WithinAll'interno di cryptochromecrittocromo, a pairpaio of electronselettroni
are quantum-entangledquantistici entangled.
265
886625
3939
Nel criptocromo una coppia di elettroni
è coinvolta nell'entanglement quantistico.
15:02
Now, quantumquantistico entanglemententanglement
is when two particlesparticelle are farlontano aparta parte,
266
890588
3232
Si parla di entanglement quantistico
quando due particelle separate
15:05
and yetancora somehowin qualche modo remainrimanere
in contactcontatto with eachogni other.
267
893844
2834
rimangono in qualche modo
in contatto tra di loro.
15:08
Even EinsteinEinstein hatedodiato this ideaidea;
268
896991
1446
Neppure a Einstein andava giù
questo fatto,
15:10
he calledchiamato it "spookyspaventoso actionazione
at a distancedistanza."
269
898461
2039
che definì
"azione spettrale a distanza".
15:12
(LaughterRisate)
270
900524
1881
(Risate)
15:14
So if EinsteinEinstein doesn't like it,
then we can all be uncomfortablescomodo with it.
271
902429
3443
Se non piaceva neanche a Einstein,
noi possiamo stare tranquilli.
15:17
Two quantum-entangledquantistici entangled electronselettroni
withinentro a singlesingolo moleculemolecola
272
905896
2853
Due elettroni della stessa molecola
correlati quantisticamente
15:20
dancedanza a delicatedelicato dancedanza
273
908773
1471
eseguono una danza
15:22
that is very sensitivesensibile
to the directiondirezione the birduccello fliesmosche
274
910268
2541
che influisce sul volo
degli uccelli
15:24
in the Earth'sDella terra magneticmagnetico fieldcampo.
275
912833
1531
nel campo magnetico terrestre.
15:26
We don't know if it's
the correctcorretta explanationspiegazione,
276
914848
2610
Non sappiamo se questa
è la spiegazione corretta,
15:29
but wowWow, wouldn'tno it be excitingemozionante
if quantumquantistico mechanicsmeccanica helpsaiuta birdsuccelli navigatenavigare?
277
917482
4544
ma non è fantastico pensare che la
meccanica quantistica orienta gli uccelli?
15:35
QuantumQuantum biologybiologia is still in it infancyinfanzia.
278
923069
2721
La biologia molecolare sta ancora
muovendo i primi passi.
15:37
It's still speculativespeculativo.
279
925814
3484
Richiede ancora molte verifiche.
15:41
But I believe it's builtcostruito on solidsolido sciencescienza.
280
929742
3849
Ma ha solide basi scientifiche.
15:45
I alsoanche think that
in the comingvenuta decadedecennio or so,
281
933917
3809
Credo che
nei prossimi dieci anni
15:49
we're going to startinizio to see
that actuallyin realtà, it pervadespervade life --
282
937750
4841
cominceremo a capire quanto
sia fondamentale per la vita,
15:54
that life has evolvedevoluto trickstrucchi
that utilizeutilizzare the quantumquantistico worldmondo.
283
942615
4596
e che la vita si evolve anche
grazie a stratagemmi quantistici.
16:00
Watch this spacespazio.
284
948026
1428
Restate sintonizzati.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Grazie.
16:02
(ApplauseApplausi)
286
950659
2202
(Applausi)
Translated by Valentina Grassi
Reviewed by Angela Dettori

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ABOUT THE SPEAKER
Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge."

Why you should listen
A professor of physics at the University of Surrey, Jim Al-Khalili doubles as a science communicator and broadcaster. He’s the co-author with Johnjoe McFadden of Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. The book explores this emerging -- and still largely speculative -- area of science suggesting that quantum mechanics may play a role in biology. If so, it may help us understand what drives genetic mutations that lead to cancer, or how robins fly from Scandinavia to the Mediterranean.
More profile about the speaker
Jim Al-Khalili | Speaker | TED.com