TEDGlobalLondon
Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim Al-Khalili: Hoe kwantumbiologie de grootste vragen over het leven zou kunnen verklaren
Filmed:
Readability: 4.9
2,255,707 views
Hoe weet een roodborstje naar het zuiden te vliegen? Het antwoord zou vreemder kunnen zijn dan je denkt: door kwantumfysica. Jim Al-Khalili geeft een overzicht van de uiterst nieuwe, uiterst vreemde wereld van de kwantumbiologie, waar iets dat Einstein 'spookachtige actie op afstand' noemde, vogels helpt navigeren en kwantumeffecten misschien de oorsprong van het leven zelf verklaren.
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." Full bio
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
I'd like to introduce you
to an emerging area of science,
to an emerging area of science,
0
1190
4528
Ik wil jullie laten kennismaken
met een opkomend gebied van de wetenschap.
met een opkomend gebied van de wetenschap.
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
Nog speculatief, maar enorm spannend
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
en zeker een dat zeer snel groeit.
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
Kwantumbiologie stelt
een heel simpele vraag:
een heel simpele vraag:
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
Speelt de kwantummechanica --
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
die rare, prachtige en krachtige theorie
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
van de subatomaire wereld
van atomen en moleculen
van atomen en moleculen
en die ten grondslag ligt aan zoveel
van de moderne natuur- en scheikunde --
van de moderne natuur- en scheikunde --
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
ook een rol in de levende cel?
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
Met andere woorden:
zijn er processen, mechanismen,
verschijnselen in levende organismen
verschijnselen in levende organismen
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
die alleen kunnen worden verklaard
door de kwantummechanica?
door de kwantummechanica?
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
Nu is kwantumbiologie niet nieuw.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
Ze is er al sinds de vroege jaren 30.
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Maar pas in de laatste tien jaar of zo
hebben zorgvuldige experimenten --
hebben zorgvuldige experimenten --
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
in biochemielabs,
met behulp van spectroscopie --
met behulp van spectroscopie --
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
heel duidelijke, harde bewijzen laten zien
dat voor bepaalde specifieke mechanismen
dat voor bepaalde specifieke mechanismen
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
kwantummechanica nodig is
om ze uit te leggen.
om ze uit te leggen.
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
Kwantumbiologie brengt
kwantumfysici, biochemici
kwantumfysici, biochemici
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
en moleculair biologen samen
tot een zeer interdisciplinair vakgebied.
tot een zeer interdisciplinair vakgebied.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Ik kom uit de kwantumfysica,
dus ben ik een kernfysicus.
dus ben ik een kernfysicus.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Ik breek al meer dan drie decennia lang
mijn hoofd over de kwantummechanica.
mijn hoofd over de kwantummechanica.
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
Een van de ontwerpers
van de kwantummechanica, Niels Bohr,
van de kwantummechanica, Niels Bohr,
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
01:36
said, If you're not astonished by it,
then you haven't understood it.
then you haven't understood it.
24
84404
3350
zei: “Als het je niet verbaast,
dan heb je het niet begrepen.”
dan heb je het niet begrepen.”
01:40
So I sort of feel happy
that I'm still astonished by it.
that I'm still astonished by it.
25
88237
2843
Ik ben blij dat het me
nog steeds verbaast.
nog steeds verbaast.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Dat is goed.
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
Het betekent dat ik de allerkleinste
structuren in het universum bestudeer,
structuren in het universum bestudeer,
de bouwstenen van de werkelijkheid.
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Om je een idee te geven van de omvang,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
begin maar bij een alledaags voorwerp,
zoals een tennisbal,
zoals een tennisbal,
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
en ga van daaruit naar een steeds
kleinere orde van grootte:
kleinere orde van grootte:
02:03
from the eye of a needle down to a cell,
down to a bacterium, down to an enzyme --
down to a bacterium, down to an enzyme --
32
111021
5197
het oog van een naald, een cel,
een bacterie, een enzym
een bacterie, een enzym
tot we uiteindelijk
de nanowereld bereiken.
de nanowereld bereiken.
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Nanotechnologie zal jullie wel wat zeggen.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
Eén nanometer is
één miljardste van een meter.
één miljardste van een meter.
02:16
My area is the atomic nucleus,
which is the tiny dot inside an atom.
which is the tiny dot inside an atom.
36
124560
4370
Mijn gebied is de atoomkern,
dat kleine stipje in het atoom.
dat kleine stipje in het atoom.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
Zelfs nog kleiner op schaal.
Dit is het domein van de kwantummechanica.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
Fysici en chemici hadden lange tijd nodig
om eraan te wennen.
om eraan te wennen.
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
Biologen hebben er zich volgens mij
nogal gemakkelijk vanaf gemaakt.
nogal gemakkelijk vanaf gemaakt.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
Ze waren al tevreden met
hun bal-en-stokmodellen van moleculen.
hun bal-en-stokmodellen van moleculen.
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
(Gelach)
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
De ballen zijn de atomen,
de stokjes de bindingen tussen de atomen.
de stokjes de bindingen tussen de atomen.
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
En als ze ze niet fysiek
in het lab kunnen bouwen,
in het lab kunnen bouwen,
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
dan kunnen ze nu
met zeer krachtige computers
met zeer krachtige computers
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
grote moleculen simuleren.
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Dit is een eiwit met 100.000 atomen.
02:54
It doesn't really require much in the way
of quantum mechanics to explain it.
of quantum mechanics to explain it.
49
162003
4335
Je hebt niet veel kwantummechanica nodig
om het te verklaren.
om het te verklaren.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
Kwantummechanica werd ontwikkeld
in de jaren 20.
in de jaren 20.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
Het is een reeks mooie en krachtige
wiskundige regels en ideeën
wiskundige regels en ideeën
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
om de wereld van het zeer kleine
te verklaren.
te verklaren.
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
Een heel andere wereld
dan onze alledaagse wereld
van biljoenen atomen.
van biljoenen atomen.
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
Het is een wereld
gebouwd op kans en toeval.
gebouwd op kans en toeval.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
Het is een wazige wereld.
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
Het is een wereld van fantomen,
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
waar de deeltjes zich ook kunnen gedragen
als uitdijende golven.
als uitdijende golven.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Als we ons kwantummechanica
of kwantumfysica
of kwantumfysica
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
als de fundamentele basis
van de werkelijkheid zelf voorstellen,
van de werkelijkheid zelf voorstellen,
dan is het niet verwonderlijk
dat we zeggen:
dat we zeggen:
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
kwantumfysica ondersteunt
de organische chemie.
de organische chemie.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Ze vertelt ons immers volgens welke regels
de atomen in elkaar passen
om organische moleculen te vormen.
om organische moleculen te vormen.
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
Organische chemie,
opgeschaald in complexiteit,
opgeschaald in complexiteit,
geeft ons de moleculaire biologie,
wat uiteraard leidt tot leven zelf.
wat uiteraard leidt tot leven zelf.
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Eigenlijk moet het ons niet verbazen.
Het is bijna vanzelfsprekend.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Je zal zeggen:
"Wel, natuurlijk moet leven
"Wel, natuurlijk moet leven
uiteindelijk afhangen
van de kwantummechanica."
van de kwantummechanica."
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
Maar dat geldt voor alles.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
Alle levenloze materie,
samengesteld uit triljoenen atomen.
samengesteld uit triljoenen atomen.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
Uiteindelijk bereiken we een kwantumniveau
waar we ons wel moeten
verdiepen in deze rariteit.
verdiepen in deze rariteit.
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
Maar voor het dagelijks leven
hoeft dat niet.
hoeft dat niet.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Want als je eenmaal
biljoenen atomen bij elkaar hebt,
biljoenen atomen bij elkaar hebt,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
lost die kwantumrariteit
zich vanzelf op.
zich vanzelf op.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
Daar gaat kwantumbiologie niet over.
Kwantumbiologie is niet
voor de hand liggend.
voor de hand liggend.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Natuurlijk onderbouwt
kwantummechanica het leven
kwantummechanica het leven
op een of ander moleculair niveau.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
Kwantumbiologie gaat over het zoeken
naar de niet-triviale,
naar de niet-triviale,
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
de contra-intuïtieve ideeën
in de kwantummechanica,
in de kwantummechanica,
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
om te zien of ze inderdaad
een belangrijke rol spelen
een belangrijke rol spelen
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
in de beschrijving
van de processen van het leven.
van de processen van het leven.
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Hier is mijn perfecte voorbeeld
van de contra-intuïtiviteit
van de contra-intuïtiviteit
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
van de kwantumwereld: de kwantumskiër.
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
Hij lijkt intact en volkomen gezond,
05:05
and yet, he seems to have gone around
both sides of that tree at the same time.
both sides of that tree at the same time.
88
293306
4127
toch lijkt hij tegelijkertijd
rond beide zijden van de boom
te zijn gegaan.
te zijn gegaan.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
Als je dergelijke sporen zag,
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
zou je natuurlijk denken
dat het een soort stunt was.
dat het een soort stunt was.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
Maar in de kwantumwereld
gebeurt dit constant.
gebeurt dit constant.
Deeltjes kunnen multitasken,
ze kunnen op twee plaatsen tegelijk zijn.
ze kunnen op twee plaatsen tegelijk zijn.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
Ze kunnen meer dan één ding
tegelijkertijd doen.
tegelijkertijd doen.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
Deeltjes kunnen zich gedragen
als uitdijende golven.
als uitdijende golven.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
Het is bijna magie.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Fysici en chemici hadden
bijna een eeuw nodig
bijna een eeuw nodig
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
om te wennen aan deze rariteit.
Ik verwijt het de biologen niet
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
dat ze geen kwantummechanica
wilden of hoefden te leren.
wilden of hoefden te leren.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Deze rariteit is iets heel delicaats.
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
Wij natuurkundigen doen ons best
om ze in onze labs te houden.
om ze in onze labs te houden.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
We koelen ons systeem af tot in de buurt
van het absolute nulpunt,
van het absolute nulpunt,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
we doen onze experimenten in een vacuüm,
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
we proberen alle externe
storingen te vermijden.
storingen te vermijden.
05:55
That's very different from the warm,
messy, noisy environment of a living cell.
messy, noisy environment of a living cell.
105
343602
5078
Dat is heel anders
in de warme, rommelige,
in de warme, rommelige,
onrustige omgeving van een levende cel.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
De biologie, met name
de moleculaire biologie,
de moleculaire biologie,
lijkt er goed aan te hebben gedaan
06:04
seems to have done very well
in describing all the processes of life
in describing all the processes of life
107
352771
3457
de levensprocessen te beschrijven
in termen van chemische reacties.
in termen van chemische reacties.
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
Het zijn reductionistische,
deterministische chemische reacties,
deterministische chemische reacties,
06:15
showing that, essentially, life is made
of the same stuff as everything else,
of the same stuff as everything else,
110
363636
5114
wat aantoont dat leven in essentie
is gemaakt van hetzelfde materiaal
als al het andere,
als al het andere,
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
en als we in de macrowereld
de kwantummechanica kunnen vergeten,
de kwantummechanica kunnen vergeten,
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
dan kan dat toch ook in de biologie, niet?
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Iemand ging daar niet mee akkoord:
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
die van de beroemde Schrödinger kat,
die van de beroemde Schrödinger kat,
een Oostenrijks natuurkundige.
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
Hij was een van de ontwerpers
van de kwantummechanica in de jaren 20.
van de kwantummechanica in de jaren 20.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
In 1944 schreef hij een boek
met de titel 'Wat is Leven?'.
met de titel 'Wat is Leven?'.
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Het was enorm invloedrijk.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Het beïnvloedde Francis Crick
en James Watson,
en James Watson,
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
de ontdekkers van
de dubbele-helixstructuur van DNA.
de dubbele-helixstructuur van DNA.
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
Hij zegt bijvoorbeeld ergens:
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
“Op moleculair niveau hebben
levende organismen een bepaalde orde,
levende organismen een bepaalde orde,
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
een structuur die heel anders is
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
dan het willekeurige thermodynamische
getuimel van atomen en moleculen
getuimel van atomen en moleculen
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
in levenloze materie
van dezelfde complexiteit.
van dezelfde complexiteit.
In feite lijkt levende materie
zich te gedragen
zich te gedragen
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
in de orde, in een structuur,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
als levenloze materie afgekoeld
tot in de buurt van het absolute nulpunt,
tot in de buurt van het absolute nulpunt,
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
waar de kwantumeffecten
een zeer belangrijke rol spelen.
een zeer belangrijke rol spelen.
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
Er is iets bijzonders aan de structuur
-- de orde -- in een levende cel.
-- de orde -- in een levende cel.
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
Schrödinger speculeerde dus
dat kwantummechanica
misschien een rol speelt in het leven.
misschien een rol speelt in het leven.
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
Het is een zeer speculatief, vergaand idee
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
en het bracht het niet erg ver.
Maar zoals ik in het begin zei,
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
zijn er in de laatste 10 jaar
proeven geweest
proeven geweest
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
die voor een aantal verschijnselen
in de biologie
in de biologie
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
kwantummechanica lijken nodig te hebben.
07:55
I want to share with you
just a few of the exciting ones.
just a few of the exciting ones.
138
463782
3123
Ik wil een aantal opwindende
daarvan met jullie delen.
daarvan met jullie delen.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Dit is een van de meest bekende
verschijnselen in de kwantumwereld:
verschijnselen in de kwantumwereld:
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
kwantumtunneling.
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
Het vak links toont de golfachtige,
uitwaaierende distributie
uitwaaierende distributie
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
van een kwantumentiteit
-- een deeltje, zoals een elektron,
-- een deeltje, zoals een elektron,
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
dat niet als een balletje
tegen een muur stuitert.
tegen een muur stuitert.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
Het is een golf die zich
met een zekere waarschijnlijkheid
met een zekere waarschijnlijkheid
door een stevige wand
heen kan verplaatsen,
heen kan verplaatsen,
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
zoals een spook door een muur.
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
Je kunt een vage lichtvlek zien
in het rechtervak.
in het rechtervak.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
Kwantumtunneling suggereert
dat een deeltje
dat een deeltje
door een ondoordringbare
barrière kan geraken
barrière kan geraken
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
en op een of andere manier,
als bij toverslag,
als bij toverslag,
aan de ene kant kan verdwijnen
om aan de andere kant weer op te duiken.
om aan de andere kant weer op te duiken.
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
08:39
The nicest way of explaining it is
if you want to throw a ball over a wall,
if you want to throw a ball over a wall,
150
507658
4251
De mooiste manier om het uit te leggen is
als je een bal over een muur wilt gooien,
als je een bal over een muur wilt gooien,
08:43
you have to give it enough energy
to get over the top of the wall.
to get over the top of the wall.
151
511933
3577
moet je hem genoeg energie meegeven
om over de muur te geraken.
om over de muur te geraken.
08:47
In the quantum world,
you don't have to throw it over the wall,
you don't have to throw it over the wall,
152
515534
3058
In de kwantumwereld hoef je hem
niet over de muur te gooien.
niet over de muur te gooien.
08:50
you can throw it at the wall,
and there's a certain non-zero probability
and there's a certain non-zero probability
153
518616
3407
Gooi hem maar tegen de muur
en het kan zijn dat hij
aan jouw kant zal verdwijnen
aan jouw kant zal verdwijnen
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
en aan de andere kant weer verschijnen.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
Dat zuig ik niet uit mijn duim.
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
We zijn blij -- nou ja, 'blij'
is nu niet het juiste woord --
is nu niet het juiste woord --
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Gelach)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
We zijn ermee vertrouwd.
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Gelach)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
Kwantumtunneling gebeurt de hele tijd.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
Het is in feite de reden
dat de zon schijnt.
dat de zon schijnt.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
De deeltjes fuseren
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
en de zon zet waterstof om
in helium door kwantumtunneling.
in helium door kwantumtunneling.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered
that quantum tunneling also takes place
that quantum tunneling also takes place
164
549464
5220
In de jaren 70 en 80 werd ontdekt
dat kwantumtunneling
dat kwantumtunneling
ook plaats vindt binnen levende cellen.
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
Enzymen, de werkpaarden van het leven,
de katalysatoren van chemische reacties,
de katalysatoren van chemische reacties,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
zijn biomoleculen die de snelheid
van chemische reacties in levende cellen
van chemische reacties in levende cellen
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
met vele ordes van grootte opdrijven.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
Het is nog altijd een raadsel
hoe ze dit doen.
hoe ze dit doen.
Men ontdekte dat een van de trucs
die enzymen ontwikkelden,
die enzymen ontwikkelden,
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
bestond uit het overdragen
van subatomaire deeltjes,
van subatomaire deeltjes,
zoals elektronen en protonen,
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
van één deel van een molecuul
naar een ander, door kwantumtunneling.
naar een ander, door kwantumtunneling.
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
Het is efficiënt en snel;
een proton kan op de ene plaats
verdwijnen en ergens anders verschijnen.
verdwijnen en ergens anders verschijnen.
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
Enzymen helpen daarbij.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
Dit is onderzoek uit de jaren 80,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
met name door een groep
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
Andere Britse groepen hebben nu bevestigd
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
dat enzymen dit echt doen.
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Uit onderzoek van mijn groep --
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
ik zei al dat ik kernfysicus was,
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
maar ik realiseerde me dat ik deze tools
van de kwantummechanica van atoomkernen
van de kwantummechanica van atoomkernen
10:29
in atomic nuclei, and so can apply
those tools in other areas as well.
those tools in other areas as well.
184
617158
5085
ook op andere gebieden kon toepassen --
Een vraag was of kwantumtunneling
een rol speelt bij mutaties in DNA.
een rol speelt bij mutaties in DNA.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
10:41
Again, this is not a new idea;
it goes all the way back to the early 60s.
it goes all the way back to the early 60s.
187
629843
3660
Nogmaals, dit is niet nieuw.
Het gaat terug naar de vroege jaren 60.
Het gaat terug naar de vroege jaren 60.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
De twee strengen van DNA,
de dubbele-helixstructuur,
de dubbele-helixstructuur,
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
worden bijeengehouden door sporten,
net een gedraaide ladder.
net een gedraaide ladder.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
Die sporten zijn waterstofbruggen:
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
protonen die de twee strengen
bij elkaar houden.
bij elkaar houden.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Ze houden deze grote moleculen,
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
de nucleotiden, samen.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Zoom nog wat in.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Dit is een computersimulatie.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
De twee witte ballen
in het midden zijn protonen.
in het midden zijn protonen.
Je kunt zien dat het
een dubbele waterstofbinding is.
een dubbele waterstofbinding is.
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
De ene wil aan de ene kant zitten,
de andere aan de andere kant
de andere aan de andere kant
11:19
of the two strands of the vertical lines
going down, which you can't see.
going down, which you can't see.
199
667082
4558
van de twee strengen van verticale lijnen
die naar beneden lopen
en die je niet kunt zien.
en die je niet kunt zien.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Het kan gebeuren dat deze twee protonen
over kunnen springen.
over kunnen springen.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Kijk naar de twee witte ballen.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Ze kunnen naar de andere kant springen.
11:32
If the two strands of DNA then separate,
leading to the process of replication,
leading to the process of replication,
203
680239
5646
Als de twee strengen van DNA
dan uit elkaar gaan,
dan uit elkaar gaan,
waardoor het replicatieproces begint,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
en de twee protonen
in de verkeerde posities staan,
in de verkeerde posities staan,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
kan dit leiden tot een mutatie.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Dat weten we al een halve eeuw.
De vraag is: hoe waarschijnlijk
is het dat ze dat doen,
is het dat ze dat doen,
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
en als ze het doen,
hoe doen ze het dan?
hoe doen ze het dan?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Springen ze over,
net zoals de bal over de muur?
net zoals de bal over de muur?
11:52
Or can they quantum-tunnel across,
even if they don't have enough energy?
even if they don't have enough energy?
210
700912
3502
Of kunnen ze kwantumtunnelen,
zelfs als ze niet genoeg energie hebben?
zelfs als ze niet genoeg energie hebben?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Vroege indicaties suggereren
dat kwantumtunneling een rol kan spelen.
dat kwantumtunneling een rol kan spelen.
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
We weten nog steeds niet
hoe belangrijk het is,
hoe belangrijk het is,
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
het is nog een open vraag.
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
Het is speculatief,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
maar het is een van die vragen
die zo belangrijk is
die zo belangrijk is
omdat als kwantummechanica
een rol speelt bij mutaties
een rol speelt bij mutaties
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
dit zeker grote consequenties heeft
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
voor het begrijpen van die mutaties.
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
Misschien zelfs degenen die leiden
tot het ontstaan van kankercellen.
tot het ontstaan van kankercellen.
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Een ander voorbeeld van kwantummechanica
in de biologie is 'kwantumcoherentie',
in de biologie is 'kwantumcoherentie',
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
in een van de belangrijkste
processen in de biologie,
processen in de biologie,
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
namelijk de fotosynthese:
hoe planten en bacteriën
hoe planten en bacteriën
de energie van het zonlicht gebruiken
om biomassa aan te maken.
om biomassa aan te maken.
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
Kwantumcoherentie is het idee
van multitasking door kwantumentiteiten.
van multitasking door kwantumentiteiten.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
Het is de kwantumskiër.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
Het is een object
dat zich gedraagt als een golf,
dat zich gedraagt als een golf,
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
zodat het zich niet alleen beweegt
in de ene of de andere richting,
in de ene of de andere richting,
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
maar meerdere paden tegelijk kan volgen.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Enkele jaren geleden werd de wereld
van de wetenschap geschokt,
van de wetenschap geschokt,
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
toen een document werd gepubliceerd
met experimenteel bewijs
met experimenteel bewijs
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
dat kwantumcoherentie in bacteriën
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
bij de fotosynthese plaatsvindt.
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
Het idee is dat het foton,
het lichtdeeltje, het zonlicht,
het lichtdeeltje, het zonlicht,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
het lichtkwantum gevangen
door een chlorofylmolecuul,
door een chlorofylmolecuul,
naar het zogenaamde
reactiecentrum wordt gebracht,
reactiecentrum wordt gebracht,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
waar het wordt omgezet
in chemische energie.
in chemische energie.
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
Daar geraakt het niet
via één enkele route,
via één enkele route,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
maar via meerdere routes tegelijk
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
om op de meest efficiënte manier
het reactiecentrum te bereiken
het reactiecentrum te bereiken
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
zonder als restwarmte te worden afgevoerd.
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
Kwantumcoherentie vindt plaats
in een levende cel.
in een levende cel.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Een opmerkelijk idee,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
en toch verschijnen bijna wekelijks
nieuwe papers met bewijsmateriaal
nieuwe papers met bewijsmateriaal
die bevestigen dat dit inderdaad gebeurt.
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
Mijn derde en laatste voorbeeld
is het mooiste, het prachtigste idee.
is het mooiste, het prachtigste idee.
13:50
It's also still very speculative,
but I have to share it with you.
but I have to share it with you.
246
818318
4063
Ook nog zeer speculatief,
maar ik moet het vertellen.
maar ik moet het vertellen.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
Het Europese roodborstje
migreert ieder najaar
migreert ieder najaar
van Scandinavië naar de Middellandse Zee.
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
Net als veel zeedieren en zelfs insecten
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
navigeren ze op basis
van het aardmagnetisch veld.
van het aardmagnetisch veld.
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
Dat magnetisch veld is zeer, zeer zwak.
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
Wel 100 keer zwakker
dan een koelkastmagneet,
dan een koelkastmagneet,
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
en toch is het op de een
of andere manier van invloed
of andere manier van invloed
op de chemie in een levend organisme.
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Daarover bestaat geen twijfel
- een Duits echtpaar van ornithologen,
- een Duits echtpaar van ornithologen,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
Wolfgang en Roswitha Wiltschko
bevestigden in de jaren 70
bevestigden in de jaren 70
14:30
the robin does find its way by somehow
sensing the Earth's magnetic field,
sensing the Earth's magnetic field,
256
858046
3977
dat het roodborstje zijn weg vindt
door het aardmagnetisch veld te voelen.
door het aardmagnetisch veld te voelen.
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
Het krijgt richtingsinformatie
met een ingebouwd kompas.
met een ingebouwd kompas.
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
Maar: hoe werkt het?
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
De enige theorie die we hebben --
we weten niet of het juist is,
maar we hebben niets anders --
maar we hebben niets anders --
14:43
we don't know if it's the correct theory,
but the only theory in town --
but the only theory in town --
260
871405
3436
is dat dat gaat door wat we noemen
kwantumverstrengeling.
kwantumverstrengeling.
14:46
is that it does it via something
called quantum entanglement.
called quantum entanglement.
261
874865
2984
14:50
Inside the robin's retina --
262
878567
2374
In het netvlies van het roodborstje --
ik hou je niet voor de gek --
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
in het netvlies van het roodborstje
zit het eiwit cryptochroom,
zit het eiwit cryptochroom,
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
dat lichtgevoelig is.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
In cryptochroom zijn een paar elektronen
kwantumverstrengeld.
kwantumverstrengeld.
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
Kwantumverstrengeling betekent
dat twee deeltjes ver uit elkaar,
dat twee deeltjes ver uit elkaar,
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
toch ergens in contact met elkaar blijven.
Zelfs Einstein haatte dit idee.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
896991
1446
15:10
he called it "spooky action
at a distance."
at a distance."
269
898461
2039
Hij noemde het
‘spookachtige actie op afstand’.
‘spookachtige actie op afstand’.
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Gelach)
Als Einstein het al niet leuk vond,
15:14
So if Einstein doesn't like it,
then we can all be uncomfortable with it.
then we can all be uncomfortable with it.
271
902429
3443
hoe zit het dan met ons?
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
Twee kwantumverstrengelde elektronen
in één enkel molecuul
in één enkel molecuul
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
dansen een delicate dans
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
die zeer gevoelig is voor de richting
waarin de vogel vliegt
waarin de vogel vliegt
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
in het aardmagnetisch veld.
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
We weten niet
of het de juiste verklaring is,
of het de juiste verklaring is,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
maar zou het niet spannend zijn
als kwantummechanica
vogels hielp navigeren?
vogels hielp navigeren?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
Kwantumbiologie
staat nog in de kinderschoenen.
staat nog in de kinderschoenen.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
Ze is nog steeds speculatief.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Maar ik denk dat ze gebouwd is
op solide wetenschap.
op solide wetenschap.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Ik denk ook dat we
in de komende tien jaar of zo
in de komende tien jaar of zo
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
gaan inzien dat ze
het hele leven doordringt,
het hele leven doordringt,
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
dat het leven trucs heeft ontwikkeld
die gebruik maken van de kwantumwereld.
die gebruik maken van de kwantumwereld.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Hou het in de gaten.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Dankjewel.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Jim Al-Khalili - Quantum physicistPhysicist 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 speakerJim Al-Khalili | Speaker | TED.com