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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim Al-Khalili: O quanto a biologia quântica pode explicar a maior questão da vida
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Como que um pisco sabe voar para o sul? A resposta pode ser mais estranha do que você imagina: a física quântica pode estar envolvida. Jim Al-Khalili reuniu o novíssimo, estranhíssimo mundo da biologia quântica, algo que Einstein um dia chamou de 'a assustadora ação à distância' ajuda os pássaros a navegarem, e o efeito quântico pode explicar a origem da vida.
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
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00:13
I'd like to introduce you
to an emerging area of science,
to an emerging area of science,
0
1190
4528
Gostaria de introduzi-lo
em uma área emergente da ciência,
em uma área emergente da ciência,
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
uma que ainda é especulativa
mas extremamente emocionante,
mas extremamente emocionante,
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
e que certamente está
crescendo rapidamente.
crescendo rapidamente.
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
Biologia quântica
faz uma pergunta muito simples:
faz uma pergunta muito simples:
será que a mecânica quântica,
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
aquela estranha, maravilhosa e poderosa
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
teoria do mundo subatômico
dos átomos e moléculas,
dos átomos e moléculas,
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
que apoia tanto a física
quanto a química moderna,
quanto a química moderna,
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
também desempenha um papel
dentro da célula viva?
dentro da célula viva?
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
Em outras palavras: existem processos,
mecanismos, fenômenos
mecanismos, fenômenos
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
em organismos vivos
que só podem ser explicados
que só podem ser explicados
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
com uma mão amiga da mecânica quântica?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
A Biologia quântica não é nova;
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
é conhecida desde o início dos anos 1930.
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Mas só na última década, mais ou menos,
que experimentos cuidadosos,
que experimentos cuidadosos,
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
em laboratórios de bioquímica,
usando espectroscopia,
usando espectroscopia,
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
mostraram com clareza fortes evidências
da existência de mecanismos específicos
da existência de mecanismos específicos
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
que necessitam da mecânica quântica
para explicá-los.
para explicá-los.
A biologia quântica reúne
físicos quânticos, bioquímicos,
físicos quânticos, bioquímicos,
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
biólogos moleculares.
É um campo muito interdisciplinar.
É um campo muito interdisciplinar.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Venho da física quântica,
quer dizer sou um físico nuclear.
quer dizer sou um físico nuclear.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Passei mais de três décadas
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
tentando acomodar minha mente
em torno de mecânica quântica.
em torno de mecânica quântica.
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
Disse um dos fundadores
da mecânica quântica, Niels Bohr:
da mecânica quântica, Niels Bohr:
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
"Se você não for surpreendido,
então não a entendeu."
então não a entendeu."
Então me sinto meio feliz,
pois continuo espantado com ela.
pois continuo espantado com ela.
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
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Isso é uma coisa boa.
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
Mas isso significa que estudo
as menores estruturas no universo:
as menores estruturas no universo:
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
os blocos de construção da realidade.
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Se pensarmos em escala de tamanho,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
começando por um objeto cotidiano
como a bola de tênis,
como a bola de tênis,
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
e apenas baixar na ordem de grandeza,
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
do buraco da agulha, depois uma célula,
depois uma bactéria, depois uma enzima,
depois uma bactéria, depois uma enzima,
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
você finalmente chega ao mundo nano.
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Provavelmente já ouviu falar
em nanotecnologia.
em nanotecnologia.
Um nanômetro é um bilionésimo de um metro.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
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
Minha área é o núcleo atômico, que é
o ponto minúsculo dentro de um átomo.
o ponto minúsculo dentro de um átomo.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
É ainda menor escala.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
Este é o domínio da mecânica quântica,
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
com o qual os físicos e químicos
passaram muito tempo
passaram muito tempo
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
tentando se acostumar.
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
Os biólogos, por outro lado, ficaram
mais ou menos de fora, na minha opinião.
mais ou menos de fora, na minha opinião.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
Eles estão muito felizes com seus
modelos moleculares de bolas e varetas.
modelos moleculares de bolas e varetas.
(Risos)
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
As bolas são os átomos, as varetas
são as ligações entre os átomos.
são as ligações entre os átomos.
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
Quando não podem
construí-los no laboratório,
construí-los no laboratório,
hoje em dia, eles têm
computadores poderosos
computadores poderosos
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
que vão simular um enorme molécula.
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Esta é uma proteína composta
de 100 mil átomos.
de 100 mil átomos.
Realmente não exige muito
da mecânica quântica para explicar isso.
da mecânica quântica para explicar isso.
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
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
Mecânica quântica
foi desenvolvida na década de 1920.
foi desenvolvida na década de 1920.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
É um conjunto bonito e poderoso
de regras e ideias matemáticas
de regras e ideias matemáticas
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
que explica o mundo do microcosmo.
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
E é um mundo muito diferente
do nosso mundo cotidiano,
do nosso mundo cotidiano,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
composto de trilhões de átomos.
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
É um mundo baseado
em probabilidade e chance.
em probabilidade e chance.
É um mundo distorcido.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
É um mundo de fantasmas
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
no qual as partículas podem se comportar
como ondas que se espalham.
como ondas que se espalham.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Então, se imaginarmos a
mecânica ou a física quântica
mecânica ou a física quântica
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
como base fundamental
da própria realidade,
da própria realidade,
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
então não é surpreendente dizer
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
que a física quântica respalda
a química orgânica.
a química orgânica.
Afinal de contas, ela nos dá
as regras que diz
as regras que diz
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
como os átomos se encaixam
para fazer moléculas orgânicas.
para fazer moléculas orgânicas.
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
Química orgânica,
amplificada em complexidade,
amplificada em complexidade,
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
nos dá biologia molecular,
o que naturalmente conduz à própria vida.
o que naturalmente conduz à própria vida.
De certa forma, não é tão surpreendente.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
É quase trivial.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Você diz: "Em última análise a vida
tem de depender da mecânica quântica ".
tem de depender da mecânica quântica ".
Mas o mesmo acontece com todo o resto.
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
O mesmo acontece com toda a matéria
inanimada, composta de trilhões de átomos.
inanimada, composta de trilhões de átomos.
Em última análise, há um nível quântico
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
no qual temos que nos aprofundar
nesta estranheza.
nesta estranheza.
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
Mas na vida cotidiana,
podemos esquecê-la.
podemos esquecê-la.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Porque uma vez que você coloca juntos
trilhões de átomos,
trilhões de átomos,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
aquela esquisitice quântica
simplesmente desaparece.
simplesmente desaparece.
Biologia quântica não se trata disso.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
Biologia quântica não é assim tão óbvia.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
É claro que a mecânica quântica
suporta a vida em algum nível molecular.
suporta a vida em algum nível molecular.
Biologia quântica é sobre a procura
do não-trivial,
do não-trivial,
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
usar as ideias nada intuitivas
da mecânica quântica,
da mecânica quântica,
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
e ver se elas, de fato,
desempenham um papel importante
desempenham um papel importante
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
em descrever os processos da vida.
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Aqui está o meu exemplo perfeito
do que vai contra a intuição
do que vai contra a intuição
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
no mundo quântico.
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
Este é o esquiador quântico.
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
Ele parece estar intacto,
perfeitamente saudável,
perfeitamente saudável,
embora pareça ter passado
pelos dois lados, ao redor da árvore.
pelos dois lados, ao redor da árvore.
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
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
Bem, se você viu marcas como essas
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
você imaginaria que era algum
tipo de truque, é claro.
tipo de truque, é claro.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
Mas no mundo quântico,
isso acontece o tempo todo.
isso acontece o tempo todo.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
As partículas são multitarefas, podem
estar em dois lugares,
estar em dois lugares,
podem fazer mais de uma coisa
ao mesmo tempo.
ao mesmo tempo.
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
Elas podem se comportar
como ondas que se espalham.
como ondas que se espalham.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
É quase como mágica.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Físicos e químicos tiveram quase um século
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
para tentar se acostumar
com esta estranheza.
com esta estranheza.
Não culpo os biólogos
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
por não precisarem ou quererem
aprender a mecânica quântica.
aprender a mecânica quântica.
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Note, esta estranheza é muito delicada;
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
e nós, físicos, trabalhamos muito duro
para mantê-la em nossos laboratórios.
para mantê-la em nossos laboratórios.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
Esfriamos nosso sistema perto
do zero absoluto,
do zero absoluto,
realizamos nossos experimentos em vácuos,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
tentamos e o isolamos
de qualquer perturbação externa.
de qualquer perturbação externa.
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
É muito diferente do meio quente, caótico
e barulhento de uma célula viva.
e barulhento de uma célula viva.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
A própria biologia, se você pensar em
biologia molecular,
biologia molecular,
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
parece ter feito muito bem
a descrição de todos os processos da vida
a descrição de todos os processos da vida
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
em termos de química, reações químicas.
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
E são reações químicas
reducionistas, determinísticas,
reducionistas, determinísticas,
mostrando que, em essência, a vida
é feita do mesmo material que o resto,
é feita do mesmo material que o resto,
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
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
e se podemos esquecer
mecânica quântica no mundo macro,
mecânica quântica no mundo macro,
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
então devemos ser capazes
de esquecê-la na biologia, também.
de esquecê-la na biologia, também.
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Bem, um homem implorou
para discordar desta ideia.
para discordar desta ideia.
Erwin Schrödinger,
do famoso gato de Schrödinger,
do famoso gato de Schrödinger,
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
foi um físico austríaco.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
Ele foi um dos fundadores
da mecânica quântica na década de 1920.
da mecânica quântica na década de 1920.
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
Em 1944, ele escreveu um livro
chamado "O que é vida?"
chamado "O que é vida?"
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Ele foi tremendamente influente.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Ele influenciou Francis Crick
e James Watson,
e James Watson,
os descobridores da estrutura
de dupla hélice do DNA.
de dupla hélice do DNA.
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
Parafraseando uma descrição
no livro, ele diz:
no livro, ele diz:
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
"Em termos moleculares,
os organismos vivos têm uma certa ordem,
os organismos vivos têm uma certa ordem,
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
uma estrutura para eles
que é muito diferente
que é muito diferente
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
dos encontros termodinâmicos aleatórios
dos átomos e moléculas
dos átomos e moléculas
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
na matéria inanimada
de mesma complexidade.”
de mesma complexidade.”
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
Realmente, parece que a matéria viva
comporta-se, nesta ordem, numa estrutura,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
assim como matéria inanimada
resfriada perto do zero absoluto,
resfriada perto do zero absoluto,
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
na qual os efeitos quânticos exercem
um papel muito importante.
um papel muito importante.
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
Há algo especial sobre
a estrutura, a ordem,
a estrutura, a ordem,
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
dentro de uma célula viva.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
Então, Schrödinger especulou que talvez
mecânica quântica exerce um papel na vida.
mecânica quântica exerce um papel na vida.
É uma ideia muito especulativa,
e de longo alcance,
e de longo alcance,
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
e ela realmente não foi muito longe.
Mas como mencionei no início,
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
nos últimos 10 anos, alguns experimentos
mostram que certos fenômenos biológicos
mostram que certos fenômenos biológicos
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
parecem precisar da mecânica quântica.
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
Quero compartilhar com você
apenas alguns dos mais emocionantes.
apenas alguns dos mais emocionantes.
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
Este é um dos mais conhecidos
fenômenos no mundo quântico,
fenômenos no mundo quântico,
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
tunelamento quântico.
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
A caixa à esquerda mostra um tipo
de onda em distribuição espalhada
de onda em distribuição espalhada
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
de uma entidade quântica:
uma partícula, como um elétron
uma partícula, como um elétron
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
que não é uma pequena esfera
quicando de uma parede.
quicando de uma parede.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
É uma onda que tem uma certa probabilidade
de atravessar uma parede sólida,
de atravessar uma parede sólida,
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
como um fantasma,
pulando para o outro lado...
pulando para o outro lado...
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
Você pode ver uma leve mancha
de luz na caixa à direita.
de luz na caixa à direita.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
Pelo tunelamento quântico, a partícula
pode bater numa barreira impenetrável,
pode bater numa barreira impenetrável,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
e ainda de alguma forma,
como que por mágica,
como que por mágica,
desaparecer de um lado
e reaparecer no outro.
e reaparecer no outro.
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
A melhor maneira de explicá-lo é: se você
quiser atirar uma bola sobre uma parede,
quiser atirar uma bola sobre uma parede,
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
você tem que dar-lhe energia suficiente
para passar por cima da parede.
para passar por cima da parede.
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
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
No mundo quântico, você não precisa
jogá-la por cima da parede,
jogá-la por cima da parede,
você pode jogá-la na parede, e há uma
certa probabilidade maior que zero
certa probabilidade maior que zero
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
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
de que ela vai desaparecer do seu lado,
e reaparecer no outro.
e reaparecer no outro.
Isto não é hipótese, de forma alguma.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
Estamos felizes. Bem, "felizes"
não é a palavra certa,
não é a palavra certa,
(Risos)
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
estamos familiarizados com isso.
(Risos)
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
O tunelamento quântico
ocorre todo o tempo;
ocorre todo o tempo;
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
na verdade, é a razão
do nosso Sol brilhar.
do nosso Sol brilhar.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
As partículas fundem-se,
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
e o Sol transforma hidrogênio
em hélio através de tunelamento quântico.
em hélio através de tunelamento quântico.
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
Nos anos 70 e 80, descobriu-se
que tunelamento quântico ocorre também
que tunelamento quântico ocorre também
dentro de células vivas.
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
Enzimas, esses burros de carga da vida,
os catalisadores de reações químicas.
os catalisadores de reações químicas.
As enzimas são biomoléculas que aceleram
reações químicas em células vivas,
reações químicas em células vivas,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
por muitos e muitos graus
de magnitude.
de magnitude.
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
E sempre foi um mistério
como elas fazem isso.
como elas fazem isso.
Bem, descobriu-se
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
que um dos truques que as enzimas
evoluíram para usar,
evoluíram para usar,
é pela transferência de partículas
subatômicas, como os elétrons e prótons,
subatômicas, como os elétrons e prótons,
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
de uma parte de uma molécula
para outra, pelo tunelamento quântico.
para outra, pelo tunelamento quântico.
É eficiente, é rápido,
ele pode desaparecer,
ele pode desaparecer,
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
um próton pode desaparecer de um lugar,
e reaparecer em outro.
e reaparecer em outro.
Enzimas ajudam isto acontecer.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
Esta é uma pesquisa que foi
realizada nos anos 80,
realizada nos anos 80,
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
particularmente por um grupo
em Berkeley, Judith Klinman.
em Berkeley, Judith Klinman.
Outros grupos no Reino Unido
agora também confirmaram
agora também confirmaram
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
que as enzimas realmente fazem isso.
Pesquisa realizada pelo meu grupo;
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
eomo mencionei antes,
eu sou um físico nuclear,
eu sou um físico nuclear,
mas percebi que tenho as ferramentas
da mecânica quântica para usar
da mecânica quântica para usar
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
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
no núcleo atômico, e assim posso usar
essas ferramentas em outras áreas também.
essas ferramentas em outras áreas também.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
Uma pergunta que fizemos
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
é se tunelamento quântico
tem algum papel nas mutações do DNA.
tem algum papel nas mutações do DNA.
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
De novo, não é uma ideia nova;
ela vem do início dos anos 60.
ela vem do início dos anos 60.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
As duas fitas de DNA,
a estrutura de dupla hélice,
a estrutura de dupla hélice,
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
são mantidas juntas por degraus;
é como uma escada torcida.
é como uma escada torcida.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
E esses degraus da escada
são ligações de hidrogênio,
são ligações de hidrogênio,
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
prótons, que atuam como uma cola
entre as duas fitas.
entre as duas fitas.
Se aumentarmos o zoom, veremos
que elas mantêm estas grandes moléculas,
que elas mantêm estas grandes moléculas,
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
os nucleotídeos, juntas.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Aproximando um pouquinho.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Esta é uma simulação de computador.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
As duas bolas brancas
no meio são prótons.
no meio são prótons.
Veja que são duas ligações
por pontes de hidrogênio.
por pontes de hidrogênio.
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
Um prefere estar de um lado;
o outro, do outro lado
o outro, do outro lado
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
das duas fitas nas linhas verticais
descendo, que você não pode ver.
descendo, que você não pode ver.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Pode acontecer
que estes dois prótons pulem.
que estes dois prótons pulem.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Olhe as duas bolas brancas.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Elas podem pular para o outro lado.
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
Se as duas fitas de DNA se separarem,
levando ao processo de cópia,
levando ao processo de cópia,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
e os dois prótons
estiverem nas posições erradas,
estiverem nas posições erradas,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
isto pode levar a uma mutação.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Isto é conhecido há meio século.
A pergunta é: qual a chance
deles fazerem isso,
deles fazerem isso,
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
e se eles fazem, como fazem?
Será que eles saltam,
como a bola que vai por cima da parede?
como a bola que vai por cima da parede?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
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
Ou podem atravessar pelo túnel quântico,
mesmo que não tenham energia suficiente?
mesmo que não tenham energia suficiente?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Há indícios de que o tunelamento quântico
pode ter um papel aqui.
pode ter um papel aqui.
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
Ainda não sabemos
o quanto é importante;
o quanto é importante;
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
esta ainda é uma questão em aberto.
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
É especulativa,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
mas é uma daquelas perguntas
que é tão importante
que é tão importante
que, se a mecânica quântica
tem algum papel nas mutações,
tem algum papel nas mutações,
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
certamente isso deve ter
grandes implicações
grandes implicações
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
para entender certos tipos de mutações,
quiçás até mesmo os que fazem célula sadia
transformar-se em uma célula cancerosa.
transformar-se em uma célula cancerosa.
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Outro exemplo da mecânica quântica
na biologia é coerência quântica,
na biologia é coerência quântica,
em um dos mais importantes
processos na biologia,
processos na biologia,
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
a fotossíntese: plantas e bactérias,
recebem a luz solar,
recebem a luz solar,
e usam essa energia para criar biomassa.
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
Coerência quântica é a ideia de entidades
quânticas efetuando multitarefa.
quânticas efetuando multitarefa.
É o esquiador quântico.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
É um objeto que se comporta como uma onda,
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
ou seja, não se limita a movimentar
em uma direção ou outra,
em uma direção ou outra,
mas pode seguir vários
caminhos ao mesmo tempo.
caminhos ao mesmo tempo.
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Alguns anos atrás,
o mundo da ciência ficou chocado
o mundo da ciência ficou chocado
quando um documento foi publicado
mostrando evidências experimentais
mostrando evidências experimentais
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
de que a coerência quântica
ocorre dentro de bactérias,
ocorre dentro de bactérias,
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
na realização da fotossíntese:
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
A ideia é que o fóton,
a partícula de luz, a luz solar,
a partícula de luz, a luz solar,
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
o quantum de luz capturado
por uma molécula de clorofila,
por uma molécula de clorofila,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
é então entregue ao que é chamado
centro de reação,
centro de reação,
no qual pode ser transformado
em energia química.
em energia química.
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
E para chegar lá,
não segue uma rota única;
não segue uma rota única;
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
segue vias múltiplas de uma só vez,
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
para otimizar o modo mais eficiente
de atingir o centro de reação
de atingir o centro de reação
sem se dissipar na forma de calor.
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
Coerência quântica ocorrendo
dentro de uma célula viva.
dentro de uma célula viva.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Uma ideia notável,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
não obstante a evidência crescer
quase semanalmente, com novos trabalhos,
quase semanalmente, com novos trabalhos,
confirmando que isto
de fato ocorre.
de fato ocorre.
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
Meu terceiro e último exemplo
é o mais bonito, uma ideia maravilhosa.
é o mais bonito, uma ideia maravilhosa.
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
Ainda é muito especulativa,
mas tenho de compartilhá-la com vocês.
mas tenho de compartilhá-la com vocês.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
O pisco europeu migra da Escandinávia
para o Mediterrâneo, a cada outono,
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
e como muitos dos outros
animais marinhos e até mesmo insetos,
animais marinhos e até mesmo insetos,
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
eles navegam através da detecção
do campo magnético da Terra.
do campo magnético da Terra.
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
Agora, o campo magnético
da Terra é muito fraco;
da Terra é muito fraco;
é cem vezes mais fraco
que um ímã de geladeira,
que um ímã de geladeira,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
e ainda assim de alguma forma afeta
a química dentro de um organismo vivo.
a química dentro de um organismo vivo.
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Não há dúvidas;
um casal alemão de ornitólogos,
um casal alemão de ornitólogos,
Wolfgang e Roswitha Wiltschko,
nos anos 1970, confirmaram que de fato,
nos anos 1970, confirmaram que de fato,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
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
o pisco encontra seu caminho de alguma
forma sentindo o campo magnético da Terra,
forma sentindo o campo magnético da Terra,
para dar-lhe a informação de direção,
como uma bússola embutida.
como uma bússola embutida.
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
O quebra-cabeça, o mistério foi:
Como ele faz ?
Como ele faz ?
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
Bem, a única teoria conhecida...
não sabemos se ela é correta,
mas é a única teoria conhecida,
mas é a única teoria conhecida,
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
é que ele faz isso através de algo
chamado de entrelaçamento quântico.
chamado de entrelaçamento quântico.
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
Dentro da retina do pisco,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
sem brincadeira, há uma proteína chamada
criptocromo, dentro retina do tordo
criptocromo, dentro retina do tordo
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
que é sensível à luz.
Dentro da criptocromo, um par de elétrons
estão quânticamente emaranhados.
estão quânticamente emaranhados.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
Agora, o entrelaçamento quântico
é quando duas partículas estão distantes,
é quando duas partículas estão distantes,
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
e ainda assim permanecem em contacto
uma com a outra.
uma com a outra.
Até Einstein odiava essa idéia;
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
chamou-a de "ação fantasmagórica
a uma distância ".
a uma distância ".
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Risos)
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
Então, se Einstein não gosta,
podemos nos sentir desconfortáveis.
podemos nos sentir desconfortáveis.
Dois elétrons quanticamente entrelaçados
em uma única molécula
em uma única molécula
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
dançando uma dança delicada
que é muito sensível
à direção em que o pássaro voa
à direção em que o pássaro voa
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
no campo magnético da Terra.
Não sabemos se é a explicação correta,
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
mas não seria empolgante se a mecânica
quântica ajudasse os pássaros a navegar?
quântica ajudasse os pássaros a navegar?
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
Biologia quântica ainda está
em sua infância.
em sua infância.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
Ainda é especulativa.
Mas eu acredito que ela é construída
em ciência sólida.
em ciência sólida.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Também acho que na próxima década
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
vamos começar a ver
que, na verdade, ela permeia a vida
que, na verdade, ela permeia a vida
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
e que a vida desenvolveu truques
que utiliza o mundo quântico.
que utiliza o mundo quântico.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Veja a este espaço.
Obrigado.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Aplausos)
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