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

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

Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions

Jim Al-Khalili: Hur kvantbiologi skulle kunna besvara livets största frågor

Filmed:
2,255,707 views

Hur vet en rödhake hur den ska flyga söderut? Svaret kan kanske vara konstigare än du tror: Kvantfysik kan vara inblandad. Jim Al-Khalili summerar den extremt nya, extremt konstiga kvantbiologiska världen, där något som Einstein en gång kallade "kuslig påverkan på avstånd" hjälper fåglar att navigera, och kvantmekanikens effekter kan kanske förklara själva ursprunget till livet.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:13
I'd like to introduceinföra you
to an emergingframväxande areaområde of sciencevetenskap,
0
1190
4528
Jag vill introducera er för
ett framväxande område inom vetenskapen,
00:17
one that is still speculativespekulativ
but hugelyenormt excitingspännande,
1
5742
3943
ett som fortfarande är spekulativt
men enormt spännande,
och absolut ett som växer mycket snabbt.
00:21
and certainlysäkert one
that's growingväxande very rapidlysnabbt.
2
9709
2629
00:25
QuantumQuantum biologybiologi
asksfrågar a very simpleenkel questionfråga:
3
13448
4048
Kvantbiologin ställer
en mycket enkel fråga:
Om kvantmekaniken,
00:29
Does quantumkvant mechanicsmekanik --
4
17520
1350
00:30
that weirdkonstig and wonderfulunderbar
and powerfulkraftfull theoryteori
5
18894
3302
denna märkliga och fantastiska
och kraftfulla teori
om den subatomära världen
av atomer och molekyler
00:34
of the subatomicsubatomär worldvärld
of atomsatomer and moleculesmolekyler
6
22220
2688
som ligger till grund för så mycket
av modern fysik och kemi
00:36
that underpinsligger till grund för so much
of modernmodern physicsfysik and chemistrykemi --
7
24932
3488
även har en uppgift
inuti de levande cellerna?
00:40
alsoockså playspela a roleroll insideinuti the livinglevande cellcell?
8
28444
3412
Med andra ord: finns det processer,
mekanismer, fenomen
00:43
In other wordsord: Are there processesprocesser,
mechanismsmekanismer, phenomenafenomen
9
31880
4079
i levande organismer
som endast kan förklaras
00:47
in livinglevande organismsorganismer
that can only be explainedförklarade
10
35983
3988
med hjälp av kvantmekaniken?
00:51
with a helpingportion handhand
from quantumkvant mechanicsmekanik?
11
39995
2743
00:55
Now, quantumkvant biologybiologi isn't newny;
12
43546
1637
Visst, kvantbiologin är inte ny;
den har funnits sedan tidigt 30-tal.
00:57
it's been around sincesedan the earlytidigt 1930s.
13
45207
2401
00:59
But it's only in the last decadeårtionde or so
that carefulförsiktig experimentsexperiment --
14
47928
3715
Men det är endast under det senaste
decenniet som noggranna experiment
på biokemiska laboratorier,
med hjälp av spektroskopi
01:03
in biochemistrybiokemi labslabs,
usinganvänder sig av spectroscopyspektroskopi --
15
51667
3464
tydligt har visat säkra bevis på att
där finns vissa specifika mekanismer
01:07
have shownvisad very clearklar, firmfast evidencebevis
that there are certainvissa specificspecifik mechanismsmekanismer
16
55155
6863
där kvantmekaniken behövs
för att förklara dem.
01:14
that requirebehöva quantumkvant mechanicsmekanik
to explainförklara them.
17
62042
2511
01:17
QuantumQuantum biologybiologi bringsger togethertillsammans
quantumkvant physicistsfysiker, biochemistsbiokemister,
18
65674
3329
Kvantbiologi för samman
kvantfysiker, biokemister,
molekylärbiologer - det är ett väldigt
ämnesöverskridande område.
01:21
molecularmolekyl- biologistsbiologer --
it's a very interdisciplinarytvärvetenskapliga fieldfält.
19
69027
3641
01:24
I come from quantumkvant physicsfysik,
so I'm a nuclearkärn physicistfysiker.
20
72692
3929
Jag kommer från kvantfysiken,
jag är kärnfysiker.
Jag har ägnat mer än tre årtionden
01:28
I've spentbringade more than threetre decadesårtionden
21
76645
2265
med att söka förståelse om kvantmekanik.
01:30
tryingpåfrestande to get my headhuvud
around quantumkvant mechanicsmekanik.
22
78934
2929
En av grundarna
till kvantmekaniken, Niels Bohr,
01:33
One of the foundersgrundarna
of quantumkvant mechanicsmekanik, NielsNiels BohrBohr,
23
81887
2493
sa: om du inte förbluffas av det,
så har du inte förstått det.
01:36
said, If you're not astonishedförvånad by it,
then you haven'thar inte understoodförstått it.
24
84404
3350
01:40
So I sortsortera of feel happylycklig
that I'm still astonishedförvånad by it.
25
88237
2843
Så jag är faktiskt glad över
att jag fortfarande förbluffas.
Det är härligt.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Det innebär att jag studerar de absolut
minsta strukturerna i universum,
01:44
But it meansbetyder I studystudie the very
smallestminsta structuresstrukturer in the universeuniversum --
27
92873
6885
verklighetens byggblock.
01:51
the buildingbyggnad blocksblock of realityverklighet.
28
99782
2075
Om vi tänker oss en storleksskala
01:53
If we think about the scaleskala of sizestorlek,
29
101881
3215
som utgår från ett vardagligt föremål
som en tennisboll
01:57
startStart with an everydayvarje dag objectobjekt
like the tennistennis ballboll,
30
105120
2952
och går ner i storleksordning
02:00
and just go down ordersorder
of magnitudemagnitud in sizestorlek --
31
108096
2901
från ett nålsöga ner till en cell,
ner till en bakterie, ner till ett enzym
02:03
from the eyeöga of a needlenål down to a cellcell,
down to a bacteriumbakterie, down to an enzymeenzym --
32
111021
5197
kommer man så småningom
ner till nanovärlden.
02:08
you eventuallyså småningom reach the nano-worldNano-världen.
33
116242
1729
02:09
Now, nanotechnologynanoteknologi mayMaj be
a termtermin you've heardhört of.
34
117995
2495
Nanoteknik är säkert en term
som du hört talas om.
02:12
A nanometernanometer is a billionthmiljarddels of a metermeter.
35
120841
2853
En nanometer är en miljarddels meter.
02:16
My areaområde is the atomicatom- nucleusNucleus,
whichsom is the tinymycket liten dotpunkt insideinuti an atomatom.
36
124560
4370
Mitt område är atomkärnan
som är den lilla pricken inuti en atom.
02:20
It's even smallermindre in scaleskala.
37
128954
1932
Den är till och med ännu mindre.
Detta är kvantmekanikens domän,
02:22
This is the domaindomän of quantumkvant mechanicsmekanik,
38
130910
1918
och fysiker och kemister
har haft gott om tid
02:24
and physicistsfysiker and chemistsapotek
have had a long time
39
132852
2516
att vänja sig vid det.
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
02:29
BiologistsBiologer, on the other handhand,
have got off lightlylätt, in my viewse.
41
137248
4457
Biologer har å andra sidan klarat sig
lindrigt undan, som jag ser det.
02:34
They are very happylycklig with theirderas
balls-and-sticksbollar-och-minnen modelsmodeller of moleculesmolekyler.
42
142071
4331
De är nöjda med sina molekylmodeller
med kulor och pinnar.
(Skratt)
02:38
(LaughterSkratt)
43
146426
1082
Kulorna är atomer, pinnarna är
bindningarna mellan atomerna.
02:39
The ballsbollar are the atomsatomer, the stickspinnar
are the bondsbindningar betweenmellan the atomsatomer.
44
147532
3198
Och när de inte kan bygga dem
fysiskt i labbet,
02:42
And when they can't buildbygga them
physicallyfysiskt in the lablabb,
45
150754
2494
kan de idag ta till kraftfulla datorer
02:45
nowadaysNu för tiden, they have
very powerfulkraftfull computersdatorer
46
153272
2392
som simulerar en väldigt stor molekyl.
02:47
that will simulatesimulera a hugeenorm moleculemolekyl.
47
155688
1967
02:49
This is a proteinprotein madegjord up
of 100,000 atomsatomer.
48
157679
3664
Detta är ett protein som byggs upp
av 100 000 atomer.
02:54
It doesn't really requirebehöva much in the way
of quantumkvant mechanicsmekanik to explainförklara it.
49
162003
4335
Det behövs inte så mycket
kvantmekanik för att förklara det.
02:59
QuantumQuantum mechanicsmekanik
was developedtagit fram in the 1920s.
50
167695
2889
Kvantmekaniken utvecklades på 1920-talet.
03:02
It is a setuppsättning of beautifulvacker and powerfulkraftfull
mathematicalmatematisk rulesregler and ideasidéer
51
170965
6880
Det är en uppsättning av vackra
och kraftfulla matematiska lagar och idéer
som förklarar den minsta av världar.
03:09
that explainförklara the worldvärld of the very smallsmå.
52
177869
2608
Och det är en värld som är väldigt olik
den vanliga världen,
03:12
And it's a worldvärld that's very differentannorlunda
from our everydayvarje dag worldvärld,
53
180501
3372
bestående av biljontals atomer.
03:15
madegjord up of trillionsbiljoner of atomsatomer.
54
183897
1519
Det är en värld som är byggd på
sannolikheter och slumpen.
03:17
It's a worldvärld builtbyggd
on probabilitysannolikhet and chancechans.
55
185440
3557
03:21
It's a fuzzysuddig worldvärld.
56
189818
1302
Det är en diffus värld.
Det är en värld av spöken,
03:23
It's a worldvärld of phantomsPhantoms,
57
191144
1730
03:24
where particlespartiklar can alsoockså behavebete sig
like spread-outsprida ut wavesvågor.
58
192898
3348
där partiklar också kan uppföra sig
som vågor som sprids.
03:30
If we imaginetänka quantumkvant mechanicsmekanik
or quantumkvant physicsfysik, then,
59
198157
2862
Om vi tänker oss kvantmekanik
eller kvantfysik,
som grunden för själva verkligheten,
03:33
as the fundamentalgrundläggande
foundationfundament of realityverklighet itselfsig,
60
201043
5214
då är det inte konstigt att vi säger
att kvantfysik
03:38
then it's not surprisingförvånande that we say
61
206281
1730
03:40
quantumkvant physicsfysik underpinsligger till grund för
organicorganisk chemistrykemi.
62
208035
2420
är grunden till den organiska kemin.
03:42
After all, it givesger us
the rulesregler that tell us
63
210479
2120
Den ger ju oss de regler som beskriver
hur atomer passar ihop
för att bilda organiska molekyler.
03:44
how the atomsatomer fitpassa togethertillsammans
to make organicorganisk moleculesmolekyler.
64
212623
2641
Organisk kemi som skalas upp
i komplexitet,
03:47
OrganicEkologisk chemistrykemi,
scaledskalad up in complexitykomplexitet,
65
215288
3239
ger oss molekylärbiologi,
som ger upphov till själva livet.
03:50
givesger us molecularmolekyl- biologybiologi,
whichsom of coursekurs leadsleads to life itselfsig.
66
218551
3322
03:54
So in a way, it's sortsortera of not surprisingförvånande.
67
222174
1977
Så på ett sätt är det inte förvånande.
Det är nästan trivialt.
03:56
It's almostnästan trivialtrivial.
68
224175
1214
03:57
You say, "Well, of coursekurs life ultimatelyi sista hand
mustmåste dependbero of quantumkvant mechanicsmekanik."
69
225413
4220
Ni säger, "Ja, självklart är livet
ytterst beroende av kvantmekanik."
04:02
But so does everything elseannan.
70
230141
2390
Men det är ju allting annat också.
Det är all livlös materia,
som består av biljoner atomer.
04:04
So does all inanimatelivlös mattermateria,
madegjord up of trillionsbiljoner of atomsatomer.
71
232555
3615
04:08
UltimatelyI slutändan, there's a quantumkvant levelnivå
72
236501
4878
Ytterst finns det en kvantnivå
04:13
where we have to delvegräva into
this weirdnessweirdness.
73
241403
2183
där vi måste ta tag i dessa konstigheter.
Men i det dagliga livet
kan vi strunta i det.
04:15
But in everydayvarje dag life,
we can forgetglömma about it.
74
243610
2416
04:18
Because onceen gång you put togethertillsammans
trillionsbiljoner of atomsatomer,
75
246404
3199
Eftersom då du väl har satt ihop
biljontals atomer,
kommer de konstiga kvantgrejerna
att bli oviktiga.
04:21
that quantumkvant weirdnessweirdness
just dissolvesupplöses away.
76
249627
2615
04:27
QuantumQuantum biologybiologi isn't about this.
77
255288
2569
Kvantbiologi handlar inte om detta.
Kvantbiologin är inte det här uppenbara.
04:29
QuantumQuantum biologybiologi isn't this obviousuppenbar.
78
257881
2556
04:32
Of coursekurs quantumkvant mechanicsmekanik
underpinsligger till grund för life at some molecularmolekyl- levelnivå.
79
260461
4229
Naturligtvis ligger kvantmekaniken
till grund för livet på molekylärnivå.
04:37
QuantumQuantum biologybiologi is about looking
for the non-trivialicke-trivial --
80
265254
6004
Kvantbiologi söker efter
det som inte är trivialt,
de bakvända idéerna i kvantmekaniken,
04:43
the counterintuitivebakvända ideasidéer
in quantumkvant mechanicsmekanik --
81
271282
4476
och för att se om de faktiskt
spelar en viktig roll
04:47
and to see if they do, indeedverkligen,
playspela an importantViktig roleroll
82
275782
3015
i beskrivningen av livsprocesserna.
04:50
in describingbeskriver the processesprocesser of life.
83
278821
2452
04:54
Here is my perfectperfekt exampleexempel
of the counterintuitivenesscounterintuitiveness
84
282653
5220
Här är mitt perfekta exempel på bakvändhet
i kvantvärlden.
04:59
of the quantumkvant worldvärld.
85
287897
1446
Här är en kvantskidåkare.
05:01
This is the quantumkvant skierskidåkare.
86
289367
1251
Han verkar vara intakt,
han verkar vara helt frisk.
05:02
He seemsverkar to be intactintakt,
he seemsverkar to be perfectlyperfekt healthyfriska,
87
290642
2640
men ändå ser det ut som om han har
rundat trädet på båda sidor på en gång.
05:05
and yetän, he seemsverkar to have goneborta around
bothbåde sidessidor of that treeträd at the samesamma time.
88
293306
4127
Om du såg spår som detta,
05:09
Well, if you saw tracksspår like that
89
297457
1663
skulle du förstås tro
att det var ett trick.
05:11
you'ddu skulle guessgissa it was some
sortsortera of stuntStunt, of coursekurs.
90
299144
2309
Men i kvantvärlden
händer detta hela tiden.
05:13
But in the quantumkvant worldvärld,
this happenshänder all the time.
91
301477
2591
05:16
ParticlesPartiklar can multitaskflera saker samtidigt,
they can be in two placesplatser at onceen gång.
92
304864
3026
Partiklar kan multitaska
och vara på två ställen samtidigt
De kan göra mer än en sak samtidigt.
05:19
They can do more than one thing
at the samesamma time.
93
307914
2328
Partiklar kan bete sig som spridda vågor.
05:22
ParticlesPartiklar can behavebete sig
like spread-outsprida ut wavesvågor.
94
310266
2643
05:25
It's almostnästan like magicmagi.
95
313298
1599
Det är nästan magiskt.
05:27
PhysicistsFysiker and chemistsapotek have had
nearlynästan a centuryårhundrade
96
315538
2749
Fysiker och kemister har haft
nästan ett århundrade
05:30
of tryingpåfrestande to get used to this weirdnessweirdness.
97
318311
2646
med att försöka vänja sig
vid dessa konstigheter.
05:33
I don't blameskylla the biologistsbiologer
98
321445
1350
Jag förstår att biologerna
varken behöver eller vill
lära sig kvantmekanik.
05:34
for not havinghar to or wantingönskar
to learnlära sig quantumkvant mechanicsmekanik.
99
322819
2635
05:37
You see, this weirdnessweirdness is very delicatedelikat;
100
325478
3198
De här konstigheterna är mycket känsliga,
och vi fysiker jobbar hårt för att
kunna ha dem i våra labb.
05:40
and we physicistsfysiker work very hardhård
to maintainupprätthålla it in our labslabs.
101
328700
4450
05:45
We coolHäftigt our systemsystemet down
to nearnära absoluteabsolut zeronoll-,
102
333174
4204
Vi kyler ner våra system
till nära absoluta nollpunkten,
vi utför våra experiment i vaakum,
05:49
we carrybära out our experimentsexperiment in vacuumsdammsugare,
103
337402
1945
vi försöker isolera dem
från alla yttre störningar.
05:51
we try and isolateisolera it
from any externalextern disturbancestörningar.
104
339371
3527
05:55
That's very differentannorlunda from the warmvärma,
messyrörig, noisyhögljudd environmentmiljö of a livinglevande cellcell.
105
343602
5078
Helt skilt från den varma, stökiga,
högljudda miljön i en levande cell.
06:01
BiologyBiologi itselfsig, if you think of
molecularmolekyl- biologybiologi,
106
349960
2787
Biologin, om du tänker på
molekylärbiologi,
verkar ha klarat sig bra med att
beskriva alla livets processer
06:04
seemsverkar to have doneGjort very well
in describingbeskriver all the processesprocesser of life
107
352771
3457
med kemiska termer, kemiska reaktioner.
06:08
in termsvillkor of chemistrykemi --
chemicalkemisk reactionsreaktioner.
108
356252
2486
Och detta är reduktionistiska,
determiniska kemiska reaktioner,
06:10
And these are reductionistreduktionistiska,
deterministicdeterministiska chemicalkemisk reactionsreaktioner,
109
358762
4850
som visar att livet är uppbyggt
av samma saker som allting annat,
06:15
showingsom visar that, essentiallyväsentligen, life is madegjord
of the samesamma stuffgrejer as everything elseannan,
110
363636
5114
och om vi kan strunta i
kvantmekaniken i makrovärlden,
06:20
and if we can forgetglömma about quantumkvant
mechanicsmekanik in the macromakro worldvärld,
111
368774
3060
så borde vi kunna strunta i den
inom biologin också.
06:23
then we should be ablestånd to forgetglömma
about it in biologybiologi, as well.
112
371858
3246
06:27
Well, one man beggedBad
to differskilja sig with this ideaaning.
113
375706
3364
Men en man såg annorlunda på saken.
06:32
ErwinErwin SchrSchrödingerekvationenödingerDinger,
of SchrSchrödingerekvationenödinger'sdinger's CatKatt fameberömmelse,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
med sin berömda Schrödingers katt,
var en österrikisk fysiker.
06:35
was an AustrianÖsterrikiska physicistfysiker.
115
383555
1317
Han var en av grundarna
av kvantmekaniken på 1920-talet.
06:36
He was one of the foundersgrundarna
of quantumkvant mechanicsmekanik in the 1920s.
116
384896
3183
06:40
In 1944, he wroteskrev a bookbok
calledkallad "What is Life?"
117
388663
2707
1944 skrev han en bok
som heter "What is life?"
06:43
It was tremendouslyoerhört influentialinflytelserika.
118
391839
1731
Den var oerhört inflytelserik.
Den influerade Francis Crick
och James Watson,
06:45
It influencedpåverkas FrancisFrancis CrickCrick
and JamesJames WatsonWatson,
119
393594
2881
de som upptäckte DNA:s
dubbelhelix-struktur.
06:48
the discoverersupptäckare of the double-helixdubbel-helix
structurestrukturera of DNADNA.
120
396499
2523
06:51
To paraphraseparafras a descriptionbeskrivning
in the bookbok, he sayssäger:
121
399343
3668
För att citera en beskrivning i boken,
säger han:
På molekylärnivå har levande organismer
en speciell ordning,
06:55
At the molecularmolekyl- levelnivå,
livinglevande organismsorganismer have a certainvissa orderbeställa,
122
403035
5786
en egen struktur som är väldigt olik
07:00
a structurestrukturera to them that's very differentannorlunda
123
408845
3232
den slumpvisa termodynamiska trängseln
av atomer och molekyler
07:04
from the randomslumpmässig thermodynamictermodynamiska jostlingträngdes
of atomsatomer and moleculesmolekyler
124
412101
4736
i icke levande material
av samma komplexitet.
07:08
in inanimatelivlös mattermateria
of the samesamma complexitykomplexitet.
125
416861
3706
07:13
In factfaktum, livinglevande mattermateria seemsverkar to behavebete sig
in this orderbeställa, in a structurestrukturera,
126
421504
5014
Faktum är att levande materia verkar
bete sig på det här sättet, i en struktur,
precis som livlös materia som är nerkyld
till nära absoluta nollpunkten,
07:18
just like inanimatelivlös mattermateria
cooledkyls down to nearnära absoluteabsolut zeronoll-,
127
426542
3834
där kvantmekaniska effekter
spelar en viktig roll.
07:22
where quantumkvant effectseffekter
playspela a very importantViktig roleroll.
128
430400
3033
07:26
There's something specialsärskild
about the structurestrukturera -- the orderbeställa --
129
434280
4160
Det är något speciellt med
strukturen, ordningen
inuti levande celler.
07:30
insideinuti a livinglevande cellcell.
130
438464
1560
Så, Schrödinger spekulerade i
att kvantmekaniken kanske påverkade livet.
07:32
So, SchrSchrödingerekvationenödingerDinger speculatedspekulerade that maybe
quantumkvant mechanicsmekanik playspjäser a roleroll in life.
131
440048
5293
07:38
It's a very speculativespekulativ,
far-reachinglångtgående ideaaning,
132
446096
3425
Det är en väldigt spekulativ,
långtgående idé,
och den kom inte så långt.
07:41
and it didn't really go very farlångt.
133
449545
2873
07:45
But as I mentionednämnts at the startStart,
134
453536
1533
Men som jag nämnde i början,
under de senaste 10 åren,
har det utvecklats experiment.
07:47
in the last 10 yearsår, there have been
experimentsexperiment emergingframväxande,
135
455093
2799
som visar var några av
dessa speciella biologiska fenomen
07:49
showingsom visar where some of these
certainvissa phenomenafenomen in biologybiologi
136
457916
4055
faktiskt verkar behöva kvantmekanik.
07:53
do seemverka to requirebehöva quantumkvant mechanicsmekanik.
137
461995
1763
Jag vill dela med mig
av några få spännande exempel.
07:55
I want to sharedela med sig with you
just a few of the excitingspännande onesettor.
138
463782
3123
08:00
This is one of the best-knownmest kända
phenomenafenomen in the quantumkvant worldvärld,
139
468215
3707
Detta är ett av de mest välkända fenomenen
inom kvantvärlden,
tunneleffekt.
08:03
quantumkvant tunnelingTunneling.
140
471946
1701
Lådan till vänster visar den våglika,
spridningsfördelningen
08:05
The boxlåda on the left showsvisar
the wavelikevågliknande, spread-outsprida ut distributiondistribution
141
473671
4389
av en kvantenhet,
en partikel, som en elektron,
08:10
of a quantumkvant entityenhet --
a particlepartikel, like an electronElectron,
142
478084
2761
som inte är en liten boll
som studsar mot väggen.
08:12
whichsom is not a little ballboll
bouncingstudsande off a wallvägg.
143
480869
3637
Det är en vågrörelse som har en speciell
sannolikhet av att kunna passera
08:16
It's a wavevåg that has a certainvissa probabilitysannolikhet
of beingvarelse ablestånd to permeategenomsyra
144
484530
4739
igenom en fast vägg, som ett spöke
som glider igenom till andra sidan.
08:21
throughgenom a solidfast wallvägg, like a phantomSpöke
leapingLeaping throughgenom to the other sidesida.
145
489293
3406
Ni kan se en svag ljusfläck
i den högra lådan.
08:24
You can see a faintsvag smudgesmeta ut of lightljus
in the right-handhöger hand boxlåda.
146
492723
4098
08:29
QuantumQuantum tunnelingTunneling suggestsföreslår that a particlepartikel
can hitträffa an impenetrableogenomträngliga barrierbarriär,
147
497773
4612
Tunneleffekt innebär att en partikel
kan stöta på en ogenomtränglig barriär,
och ändå på något sätt, som magi,
08:34
and yetän somehowpå något sätt, as thoughdock by magicmagi,
148
502409
2460
försvinna från en sida och dyka upp
på den andra.
08:36
disappearförsvinna from one sidesida
and reappearåterkommer on the other.
149
504893
2444
08:39
The nicesttrevligaste way of explainingförklara it is
if you want to throwkasta a ballboll over a wallvägg,
150
507658
4251
Det bästa sättet att förklara det på är
om du vill kasta en boll över en mur,
så måste du ge den tillräckligt
med energi för att nå över krönet.
08:43
you have to give it enoughtillräckligt energyenergi
to get over the toptopp of the wallvägg.
151
511933
3577
I kvantvärlden behöver du inte
kasta den över muren,
08:47
In the quantumkvant worldvärld,
you don't have to throwkasta it over the wallvägg,
152
515534
3058
du kan kasta den mot muren, och det finns
en viss icke-noll sannolikhet
08:50
you can throwkasta it at the wallvägg,
and there's a certainvissa non-zeroicke-noll probabilitysannolikhet
153
518616
3407
att den försvinner på din sida
och dyker upp på den andra.
08:54
that it'lldet kommer disappearförsvinna on your sidesida,
and reappearåterkommer on the other.
154
522047
3323
Detta är inga gissningar.
08:57
This isn't speculationspekulation, by the way.
155
525394
1678
Vi är glada -
"glada" är kanske inte rätt ord -
08:59
We're happylycklig -- well, "happylycklig"
is not the right wordord --
156
527096
3396
(Skratt)
09:02
(LaughterSkratt)
157
530516
2045
vi känner till detta väl.
09:04
we are familiarbekant with this.
158
532585
1618
(Skratt)
09:06
(LaughterSkratt)
159
534227
2745
Tunneleffekt sker hela tiden;
09:08
QuantumQuantum tunnelingTunneling
takes placeplats all the time;
160
536996
2294
faktum är att det är orsaken till
att vår sol lyser.
09:11
in factfaktum, it's the reasonanledning our SunSolen shineslyser.
161
539314
2667
09:14
The particlespartiklar fusesäkring togethertillsammans,
162
542655
1509
Partiklarna går ihop,
och solen omvandlar väte till helium
med hjälp av tunneleffekt.
09:16
and the SunSolen turnsvarv hydrogenväte
into heliumhelium throughgenom quantumkvant tunnelingTunneling.
163
544188
3698
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discoveredupptäckt
that quantumkvant tunnelingTunneling alsoockså takes placeplats
164
549464
5220
På 70- och 80-talet, upptäcktes det
att tunneleffekt också sker
inuti levande celler.
09:26
insideinuti livinglevande cellsceller.
165
554708
1192
09:28
EnzymesEnzymer, those workhorsesarbetshästar of life,
the catalystskatalysatorer of chemicalkemisk reactionsreaktioner --
166
556290
6266
Enzymer, dessa livets arbetsmyror,
katalysatorer av kemiska reaktioner,
enzymer är biomolekyler som snabbar på
kemiska reaktioner i levande celler,
09:34
enzymesenzymer are biomoleculesbiomolekyler that speedfart up
chemicalkemisk reactionsreaktioner in livinglevande cellsceller,
167
562580
4166
många, många gånger om.
09:38
by manymånga, manymånga ordersorder of magnitudemagnitud.
168
566770
1703
Och hur de gör det,
har alltid varit ett mysterium.
09:40
And it's always been a mysterymysterium
how they do this.
169
568497
2784
09:43
Well, it was discoveredupptäckt
170
571650
1189
Men man upptäckte
att ett av tricken
som enzymerna har utvecklat,
09:44
that one of the trickstricks that enzymesenzymer
have evolvedutvecklats to make use of,
171
572863
4852
09:49
is by transferringöverföra subatomicsubatomär particlespartiklar,
like electronselektroner and indeedverkligen protonsprotoner,
172
577739
5228
är att förflytta subatomära partiklar,
som elektroner och faktiskt även protoner,
från en del av molekylen
till en annan genom att tunnla.
09:54
from one partdel of a moleculemolekyl
to anotherannan viavia quantumkvant tunnelingTunneling.
173
582991
4661
10:00
It's efficienteffektiv, it's fastsnabb,
it can disappearförsvinna --
174
588333
2851
Det är effektivt, det är snabbt,
den kan försvinna,
en proton kan försvinna från en plats,
och dyka upp på en annan.
10:03
a protonproton can disappearförsvinna from one placeplats,
and reappearåterkommer on the other.
175
591208
3111
Enzymer hjälper till med detta.
10:06
EnzymesEnzymer help this take placeplats.
176
594343
1629
10:08
This is researchforskning that's been
carriedgenom out back in the 80s,
177
596548
2683
Detta är forskning som pågått
sedan 80-talet,
speciellt av ett team i Berkeley,
Judith Klinman.
10:11
particularlysärskilt by a groupgrupp
in BerkeleyBerkeley, JudithJudith KlinmanKlinman.
178
599255
4037
Andra team i Storbritannien
har nu bekräftat
10:15
Other groupsgrupper in the UKSTORBRITANNIEN
have now alsoockså confirmedbekräftade
179
603316
2205
att enzymer verkligen gör så.
10:17
that enzymesenzymer really do this.
180
605545
1411
10:21
ResearchForskning carriedgenom out by my groupgrupp --
181
609048
2549
Forskning som gjorts av mitt team,
10:23
so as I mentionednämnts,
I'm a nuclearkärn physicistfysiker,
182
611621
2434
som jag sa tidigare, jag är kärnfysiker,
men jag inser att jag kan använda
kvantmekaniken som verktyg
10:26
but I've realizedinsåg I've got these toolsverktyg
of usinganvänder sig av quantumkvant mechanicsmekanik
183
614079
3055
i atomkärnan, och kan även använda
dessa verktyg på andra områden.
10:29
in atomicatom- nucleikärnor, and so can applytillämpa
those toolsverktyg in other areasområden as well.
184
617158
5085
10:35
One questionfråga we askedfrågade
185
623404
1810
En fråga som vi ställde
är huruvida tunneleffekten spelar
en roll vid mutationer i DNA.
10:37
is whetherhuruvida quantumkvant tunnelingTunneling
playspjäser a roleroll in mutationsmutationer in DNADNA.
186
625238
4298
10:41
Again, this is not a newny ideaaning;
it goesgår all the way back to the earlytidigt 60s.
187
629843
3660
Återigen, detta är ingen ny idé;
den dateras tillbaka till tidigt 60-tal.
De två DNA-strängarna,
dubbel helix-strukturen,
10:45
The two strandsStrands of DNADNA,
the double-helixdubbel-helix structurestrukturera,
188
633527
2961
hålls ihop av stegpinnar;
det är som en spiralvriden stege.
10:48
are heldhållen togethertillsammans by rungsstegpinnarna;
it's like a twistedvriden ladderstege.
189
636512
2823
Alla dessa stegpinnar i stegen
är vätebindningar,
10:51
And those rungsstegpinnarna of the ladderstege
are hydrogenväte bondsbindningar --
190
639359
3507
protoner, som fungerar som limmet
mellan de två strängarna.
10:54
protonsprotoner, that actspela teater as the gluelim
betweenmellan the two strandsStrands.
191
642890
3790
Så om du zoomar in, det de gör
är att hålla ihop dessa stora molekyler,
10:58
So if you zoomzoom in, what they're doing
is holdinginnehav these largestor moleculesmolekyler --
192
646704
4750
nukleotider.
11:03
nucleotidesnukleotider -- togethertillsammans.
193
651478
1607
11:06
ZoomZooma in a bitbit more.
194
654130
1150
Zooma in lite till.
Detta är ju en datorsimulation.
11:07
So, this a computerdator simulationsimulering.
195
655304
1916
11:09
The two whitevit ballsbollar
in the middlemitten are protonsprotoner,
196
657855
3542
De två vita kulorna i mitten
är protoner,
och ni kan se att det är
dubbla vätebindningar.
11:13
and you can see that
it's a doubledubbel hydrogenväte bondobligation.
197
661421
2299
En föredrar att vara på den ena sidan,
och en på den andra sidan
11:15
One prefersföredrar to sitsitta on one sidesida;
the other, on the other sidesida
198
663744
3314
11:19
of the two strandsStrands of the verticalvertikal linesrader
going down, whichsom you can't see.
199
667082
4558
av de två strängarna i den vertikala
linjen som sträcker sig nedåt, som du ser.
11:24
It can happenhända that
these two protonsprotoner can hopHop over.
200
672410
3395
Det kan inträffa att dessa två protoner
hoppar över.
Titta på dessa två vita kulor.
11:27
Watch the two whitevit ballsbollar.
201
675829
1436
11:29
They can jumphoppa over to the other sidesida.
202
677748
1998
De kan hoppa över till andra sidan.
11:32
If the two strandsStrands of DNADNA then separateseparat,
leadingledande to the processbearbeta of replicationreplikation,
203
680239
5646
Om dessa två DNA-strängar separerar,
och inleder replikationsprocessen,
och de två protonerna
befinner sig på fel ställe,
11:37
and the two protonsprotoner
are in the wrongfel positionspositioner,
204
685909
3199
kan detta leda till en mutation.
11:41
this can leadleda to a mutationmutation.
205
689132
1763
11:43
This has been knownkänd for halfhalv a centuryårhundrade.
206
691204
1872
Detta har varit känt i 50 år.
Frågan är: Hur stor är sannolikheten
att de gör det,
11:45
The questionfråga is: How likelytroligt
are they to do that,
207
693100
2343
och om de gör det, hur gör de det?
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
Hoppar de över,
som bollen som tar sig över muren?
11:49
Do they jumphoppa acrosstvärs över,
like the ballboll going over the wallvägg?
209
697869
3019
Eller tunnlar de igenom, även om
de inte har tillräckligt med energi?
11:52
Or can they quantum-tunnelQuantum-tunnel acrosstvärs över,
even if they don't have enoughtillräckligt energyenergi?
210
700912
3502
11:57
EarlyTidigt indicationsindikationer suggestföreslå that
quantumkvant tunnelingTunneling can playspela a roleroll here.
211
705089
4252
Tidiga indikationer tyder på att
tunneleffekten kan ha betydelse här.
Vi vet fortfarande inte
hur viktigt det är;
12:01
We still don't know yetän
how importantViktig it is;
212
709365
2124
det är fortfarande en öppen fråga.
12:03
this is still an openöppen questionfråga.
213
711513
1792
12:06
It's speculativespekulativ,
214
714199
1150
Det är spekulativt,
men det är en av dessa frågor
som är så viktiga
12:07
but it's one of those questionsfrågor
that is so importantViktig
215
715373
2643
för om kvantmekanik påverkar mutationer,
12:10
that if quantumkvant mechanicsmekanik
playspjäser a roleroll in mutationsmutationer,
216
718040
2446
så måste detta ha stora konsekvenser,
12:12
surelysäkert this mustmåste have bigstor implicationsimplikationer,
217
720510
2299
för att kunna förstå
vissa typer av mutationer,
12:14
to understandförstå certainvissa typestyper of mutationsmutationer,
218
722833
2694
möjligtvis även de som gör celler
till cancerceller.
12:17
possiblyeventuellt even those that leadleda
to turningvändning a cellcell cancerouscancerogena.
219
725551
3756
12:22
AnotherEn annan exampleexempel of quantumkvant mechanicsmekanik
in biologybiologi is quantumkvant coherencesammanhang,
220
730803
5299
Ett annat exempel på kvantmekanik
i biologi är kvantkoherens,
i en av de viktigaste
biologiska processerna,
12:28
in one of the mostmest
importantViktig processesprocesser in biologybiologi,
221
736126
2353
fotosyntes; växter och bakterier
tar solljus,
12:30
photosynthesisfotosyntes: plantsväxter
and bacteriabakterie takingtar sunlightsolljus,
222
738503
3941
och använder energin
till att skapa biomassa.
12:34
and usinganvänder sig av that energyenergi to createskapa biomassbiomassa.
223
742468
2954
12:38
QuantumQuantum coherencesammanhang is the ideaaning
of quantumkvant entitiesenheter multitaskingmultitasking.
224
746215
4152
Kvantkoherens är idén om att kvantenheter
kan göra flera saker samtidigt.
12:42
It's the quantumkvant skierskidåkare.
225
750912
1604
Det är kvantskidåkaren.
Det är ett föremål
som beter sig som en våg,
12:44
It's an objectobjekt that behavesbeter sig like a wavevåg,
226
752540
2952
så den inte rör sig i endast en riktning,
12:47
so that it doesn't just moveflytta
in one directionriktning or the other,
227
755516
2902
utan den kan följa flera vägar samtidigt.
12:50
but can followFölj multipleflera olika pathwaysvägar
at the samesamma time.
228
758442
3320
12:54
Some yearsår agosedan,
the worldvärld of sciencevetenskap was shockedchockade
229
762708
3916
För några år sedan chockades
den vetenskapliga världen
12:58
when a paperpapper was publishedpublicerat
showingsom visar experimentalexperimentell evidencebevis
230
766648
3584
när en artikel publicerades som
visade på experimentella bevis
för att kvantkoherens skedde
inuti bakterier,
13:02
that quantumkvant coherencesammanhang
takes placeplats insideinuti bacteriabakterie,
231
770256
3776
då de utförde fotosyntes.
13:06
carryingbärande out photosynthesisfotosyntes.
232
774056
1686
Idén var att fotonen,
ljuspartikeln, solljuset,
13:07
The ideaaning is that the photonPhoton,
the particlepartikel of lightljus, the sunlightsolljus,
233
775766
3064
ljuskvanten som fångas
av klorofyllmolekylen,
13:10
the quantumkvant of lightljus
capturedfångad by a chlorophyllklorofyll moleculemolekyl,
234
778854
3344
levereras till ett så kallat
reaktionscenter,
13:14
is then deliveredlevereras to what's calledkallad
the reactionreaktion centerCentrum,
235
782222
2591
där den kan omvandlas till kemisk energi.
13:16
where it can be turnedvände into
chemicalkemisk energyenergi.
236
784837
2064
Och när den tar sig dit
följer den inte en enda väg;
13:18
And in getting there,
it doesn't just followFölj one routerutt;
237
786925
2648
den följer multipla vägar samtidigt,
13:21
it followsföljer multipleflera olika pathwaysvägar at onceen gång,
238
789597
2215
för att optimera den mest effektiva vägen
för att nå reaktionscentrat
13:23
to optimizeoptimera the mostmest efficienteffektiv way
of reaching the reactionreaktion centerCentrum
239
791836
4337
utan att bli till spillvärme.
13:28
withoututan dissipatingsplittras as wasteavfall heatvärme.
240
796197
1721
13:31
QuantumQuantum coherencesammanhang takingtar placeplats
insideinuti a livinglevande cellcell.
241
799228
3309
Kvantkoherens sker inuti en levande cell.
En anmärkningsvärd idé,
13:34
A remarkableanmärkningsvärd ideaaning,
242
802561
2120
och ändå så växer bevismängden
varje vecka med nya publiceringar,
13:36
and yetän evidencebevis is growingväxande almostnästan weeklyvarje vecka,
with newny paperspapper comingkommande out,
243
804705
6235
som bekräftar att detta verkligen händer.
13:42
confirmingbekräftar that this
does indeedverkligen take placeplats.
244
810964
2212
13:45
My thirdtredje and finalslutlig exampleexempel
is the mostmest beautifulvacker, wonderfulunderbar ideaaning.
245
813555
4739
Mitt tredje och sista exempel är den
vackraste och mest underbara idén.
Den är fortfarande väldigt spekulativ,
men jag måste berätta den för er.
13:50
It's alsoockså still very speculativespekulativ,
but I have to sharedela med sig it with you.
246
818318
4063
Den europeiska rödhaken
flyttar från Skandinavien
13:54
The EuropeanEuropeiska robinRobin
migratesmigrerar from ScandinaviaScandinavia
247
822405
4612
ner till Medelhavet varje höst,
13:59
down to the MediterraneanMedelhavet, everyvarje autumnhösten,
248
827041
2635
och precis som flera andra
marina djur och även insekter,
14:01
and like a lot of other
marineMarine animalsdjur and even insectsinsekter,
249
829700
3373
så navigerar de genom att känna av
jordens magnetfält.
14:05
they navigatenavigera by sensingavkännande
the Earth'sJordens magneticmagnetisk fieldfält.
250
833097
4300
14:10
Now, the Earth'sJordens magneticmagnetisk fieldfält
is very, very weaksvag;
251
838968
2427
Nu är jordens magnetfält
väldigt, väldigt svagt;
ca 100 gånger svagare
än en kylskåpsmagnet,
14:13
it's 100 timesgånger weakersvagare
than a fridgekylskåp magnetmagnet,
252
841419
2080
och ändå så påverkar det kemin
på något sätt, inuti levande organismer.
14:15
and yetän it affectspåverkar the chemistrykemi --
somehowpå något sätt -- withininom a livinglevande organismorganism.
253
843523
5601
14:21
That's not in doubttvivel --
a GermanTyska couplepar of ornithologistsornitologer,
254
849932
3806
Det ifrågasätts inte;
ett par tyska ornitologer,
Wolfgang och Roswitha Wiltschko,
bekräftade på 70-talet att
14:25
WolfgangWolfgang and RoswithaRoswitha WiltschkoWiltschko,
in the 1970s, confirmedbekräftade that indeedverkligen,
255
853762
4260
rödhakarna hittar genom att på något sätt
känna av jordens magnetfält,
14:30
the robinRobin does find its way by somehowpå något sätt
sensingavkännande the Earth'sJordens magneticmagnetisk fieldfält,
256
858046
3977
för att få information om riktningen,
en inbyggd kompass.
14:34
to give it directionaldirectional informationinformation --
a built-ininbyggd compasskompass.
257
862047
3327
Mysteriet var: hur gör den det?
14:37
The puzzlepussel, the mysterymysterium was:
How does it do it?
258
865398
2249
14:40
Well, the only theoryteori in townstad --
259
868351
3030
Nå, den enda teorin som finns,
vi vet inte om det är den rätta teorin,
men det är den enda,
14:43
we don't know if it's the correctRätta theoryteori,
but the only theoryteori in townstad --
260
871405
3436
är att det sker med så kallad
kvantmekanisk sammanflätning.
14:46
is that it does it viavia something
calledkallad quantumkvant entanglemententanglement.
261
874865
2984
14:50
InsideInuti the robin'srobin's retinanäthinnan --
262
878567
2374
Inuti rödhakens näthinna,
jag skojar inte, inuti rödhakens
näthinna finns ett protein, kryptokrom,
14:52
I kidunge you not -- insideinuti the robin'srobin's retinanäthinnan
is a proteinprotein calledkallad cryptochromecryptochrome,
263
880965
4232
som är ljuskänsligt.
14:57
whichsom is light-sensitiveljuskänsliga.
264
885221
1380
I kryptokrom finns ett elektronpar som
är kvantmekaniskt sammanflätat.
14:58
WithinInom cryptochromecryptochrome, a pairpar of electronselektroner
are quantum-entangledQuantum intrasslad.
265
886625
3939
15:02
Now, quantumkvant entanglemententanglement
is when two particlespartiklar are farlångt apartisär,
266
890588
3232
Kvantmekanisk sammanflätning
är när två partiklar är ifrån varandra,
15:05
and yetän somehowpå något sätt remainförbli
in contactkontakta with eachvarje other.
267
893844
2834
men ändå på något sätt
är i kontakt med varandra.
15:08
Even EinsteinEinstein hatedhatade this ideaaning;
268
896991
1446
Einstein avskydde den här idén,
15:10
he calledkallad it "spookyläskigt actionhandling
at a distancedistans."
269
898461
2039
han kallade det
"kuslig verkan på avstånd."
15:12
(LaughterSkratt)
270
900524
1881
(Skratt)
Så om Einstein inte gillar det,
då får vi alla vara obekväma med det.
15:14
So if EinsteinEinstein doesn't like it,
then we can all be uncomfortableobekväm with it.
271
902429
3443
Två kvantmekaniskt sammanflätade
elektroner i en molekyl
15:17
Two quantum-entangledQuantum intrasslad electronselektroner
withininom a singleenda moleculemolekyl
272
905896
2853
dansar en delikat dans
15:20
dancedansa a delicatedelikat dancedansa
273
908773
1471
som är väldigt känslig
för fågelns flygriktning
15:22
that is very sensitivekänslig
to the directionriktning the birdfågel fliesflugor
274
910268
2541
i jordens magnetfält.
15:24
in the Earth'sJordens magneticmagnetisk fieldfält.
275
912833
1531
15:26
We don't know if it's
the correctRätta explanationförklaring,
276
914848
2610
Vi vet inte om det är
den rätta förklaringen,
men oj, skulle det inte vara spännande om
kvantmekaniken hjälpte fåglar att navigera?
15:29
but wowWow, wouldn'tskulle inte it be excitingspännande
if quantumkvant mechanicsmekanik helpshjälper birdsfåglar navigatenavigera?
277
917482
4544
15:35
QuantumQuantum biologybiologi is still in it infancyLinda.
278
923069
2721
Kvantbiologin är fortfarande i sin linda.
Den är fortfarande spekulativ.
15:37
It's still speculativespekulativ.
279
925814
3484
15:41
But I believe it's builtbyggd on solidfast sciencevetenskap.
280
929742
3849
Men jag tror att den är grundad
i solid vetenskap.
15:45
I alsoockså think that
in the comingkommande decadeårtionde or so,
281
933917
3809
Jag tror också att under det
kommande årtiondet eller så,
kommer vi att börja se
att det faktiskt genomsyrar livet,
15:49
we're going to startStart to see
that actuallyfaktiskt, it pervadesgenomsyrar life --
282
937750
4841
att livet har utvecklat knep
för att utnyttja kvantvärlden.
15:54
that life has evolvedutvecklats trickstricks
that utilizeutnyttja the quantumkvant worldvärld.
283
942615
4596
Håll ögonen på det här området.
16:00
Watch this spacerymden.
284
948026
1428
Tack.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
(Applåder)
16:02
(ApplauseApplåder)
286
950659
2202
Translated by cecilia mellden
Reviewed by Lisbeth Pekkari

▲Back to top

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

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