TEDGlobalLondon
Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim Al-Khalili: Jak kvantová biologie možná vysvětluje největší otázky týkající se života
Filmed:
Readability: 4.9
2,255,707 views
Jak pozná červenka obecná, že letí na jih? Odpověď může být podivnější, než byste čekali: možná v tom má prsty kvantová fyzika. Jim Al-Khalili shrnuje, jak velice moderní, velmi podivný svět kvantové biologie, kde kvantovové provázání částic Einstein kdysi nazval "přízračným působením na dálku", pomáhá ptákům navigovat a jak kvantové jevy možná vysvětlují původ samotného života.
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
Rád bych vám představil
rodící se oblast vědy,
rodící se oblast vědy,
která je stále ještě spekulativní,
ale obrovsky vzrušující
ale obrovsky vzrušující
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
a která se nepochybně
velmi rychle rozvíjí.
velmi rychle rozvíjí.
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
Kvantová biologie si klade
velice jednoduchou otázku:
velice jednoduchou otázku:
Hraje kvantová mechanika ‒
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
ta podivná a nádherná a mocná teorie
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
subatomárního světa atomů a molekul,
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
který tvoří základ velké části
moderní fyziky a chemie ‒
moderní fyziky a chemie ‒
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
také nějakou roli v živých buňkách?
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
Jinými slovy:
Existují v živých organismech
Existují v živých organismech
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
procesy, mechanismy, jevy,
které lze vysvětlit výlučně
které lze vysvětlit výlučně
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
pomocí kvantové mechaniky?
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
Kvantová biologie není nová věc.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
Objevila se někdy na začátku 30. let.
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Ale teprve v posledních asi deseti letech
došlo na pečlivé experimenty ‒
došlo na pečlivé experimenty ‒
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
v biochemických laboratořích,
za použití spektroskopie ‒
za použití spektroskopie ‒
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
které nám daly velmi jasné a pádné důkazy,
že existují určité specifické mechanismy,
že existují určité specifické mechanismy,
které se bez kvantové
mechaniky nedají vysvětlit.
mechaniky nedají vysvětlit.
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
Kvantová biologie spojuje
kvantové fyziky, biochemiky,
kvantové fyziky, biochemiky,
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
molekulární biology ‒
je velice interdisciplinární vědou.
je velice interdisciplinární vědou.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Mým oborem je kvantová fyzika,
jsem jaderný fyzik.
jsem jaderný fyzik.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Přes třicet let se snažím
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
do kvantové mechaniky nějak proniknout.
Jeden ze zakladatelů kvantové mechaniky,
Niels Bohr, říkal:
Niels Bohr, říkal:
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
„Pokud vás nenaplňuje úžasem,
tak jste ji nepochopili.“
tak jste ji nepochopili.“
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
Mám tak trochu štěstí,
že mě pořád ještě úžasem naplňuje.
že mě pořád ještě úžasem naplňuje.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
To je dobře.
Znamená to ale, že studuji
nejmenší struktury ve vesmíru –
nejmenší struktury ve vesmíru –
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
základní kameny reality.
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
Když uvážíme škálu rozměrů,
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
začneme u obyčejných věcí
jako je tenisový míček
jako je tenisový míček
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
a půjdeme vždy o řád směrem dolů –
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
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
přes ucho jehly k buňce,
dál k bakterii, enzymu ‒
dál k bakterii, enzymu ‒
až se nakonec dostaneme do nano-světa.
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
Asi jste už slyšeli
o pojmu nanotechnologie.
o pojmu nanotechnologie.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
Nanometr je miliardtina metru.
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
Mým oborem jsou atomová jádra,
což jsou ty malinké tečky uvnitř atomů.
což jsou ty malinké tečky uvnitř atomů.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
To je ještě o řád menší rozměr.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
Je to oblast kvantové mechaniky
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
a fyzikům a chemikům
trvalo hodně dlouho,
trvalo hodně dlouho,
než si ji vyzkoušeli
a než si na ni zvykli.
a než si na ni zvykli.
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
Naopak biologové si to
podle mě trošku ulehčili.
podle mě trošku ulehčili.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
Ke štěstí jim úplně stačí
modely molekul z tyček a míčků.
modely molekul z tyček a míčků.
(Smích)
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
Míčky jsou atomy a tyčky
vazby mezi nimi.
vazby mezi nimi.
A když je nedokážou fyzicky
sestavit v laboratoři,
sestavit v laboratoři,
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
mají dnes velmi výkonné počítače,
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
které jim obrovské molekuly nasimulují.
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Toto je protein tvořený 100 000 atomy.
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
K jeho vysvětlení nepotřebují příliš
přemýšlet o kvantové mechanice.
přemýšlet o kvantové mechanice.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
Kvantová mechanika se objevila
ve 20. letech 20. století.
ve 20. letech 20. století.
Je to soubor krásných a mocných
matematických pravidel a myšlenek,
matematických pravidel a myšlenek,
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
které vysvětlují svět
velmi malých částí.
velmi malých částí.
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
Je to úplně jiný svět,
než jaký denně vidíme,
než jaký denně vidíme,
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
který je tvořen biliony atomů.
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
Je to svět postavený
na pravděpodobnosti a náhodě.
na pravděpodobnosti a náhodě.
Velice mlhavý svět.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
Svět fantomů,
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
kde se částice umí také chovat
jako rozprostírající se vlny.
jako rozprostírající se vlny.
Pokud si kvantovou mechaniku
nebo kvantovou fyziku představíme
nebo kvantovou fyziku představíme
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
jako základní podstatu samotné reality,
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
tak nás nepřekvapí, když se říká,
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
že kvantová fyzika tvoří základ
organické chemie.
organické chemie.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Konec konců dává nám
pravidla, která říkají,
pravidla, která říkají,
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
jak se atomy spojují
a tvoří organické molekuly.
a tvoří organické molekuly.
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
Od organické chemie vede
cesta k řádově složitější
cesta k řádově složitější
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
molekulární biologii, která pochopitelně
vede až k samotnému životu.
vede až k samotnému životu.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Takže to vlastně není vůbec překvapivé.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
Je to skoro banální.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Řeknete si: „No pochopitelně, že život
v zásadě závisí na kvantové mechanice.“
v zásadě závisí na kvantové mechanice.“
Ale stejně tak všechno ostatní.
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
Všechna neživá hmota
tvořená biliony atomů.
tvořená biliony atomů.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
Na počátku je vždy kvantová úroveň,
na které se musíme ponořit
do těhle podivností.
do těhle podivností.
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
Ale v každodenním životě
na to nemusíme myslet.
na to nemusíme myslet.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Protože jakmile dáte
dohromady miliardy atomů,
dohromady miliardy atomů,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
kvantové podivnosti se
prostě rozplynou.
prostě rozplynou.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
Kvantová biologie o tomhle není.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
Není tak jednoznačná.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Kvantová mechanika samozřejmě
tvoří základ života na molekulární úrovni.
tvoří základ života na molekulární úrovni.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
Ale kvantová biologie hledá
netriviální názory ‒
netriviální názory ‒
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
myšlenky, které se v kvantové
mechanice příčí intuici ‒
mechanice příčí intuici ‒
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
a zjišťuje, jestli skutečně
hrají důležitou roli
hrají důležitou roli
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
při popisu životních procesů.
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Dám vám svůj nejlepší příklad,
jak se kvantový svět
jak se kvantový svět
chová navzdory očekávání.
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
Toto je kvantový lyžař.
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
Zdá se, že je celistvý,
vypadá naprosto zdravě,
vypadá naprosto zdravě,
a přesto se zdá, že kolem toho stromu
projel z obou stran současně.
projel z obou stran současně.
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
Kdybyste takové stopy viděli,
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
napadlo by vás, že jde
o nějaký kaskadérský kousek.
o nějaký kaskadérský kousek.
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
Ale v kvantovém světě
se to děje v jednom kuse.
se to děje v jednom kuse.
Částice dělají víc věcí naráz,
mohou být na dvou místech najednou.
mohou být na dvou místech najednou.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
Umí dělat více než jednu věc současně.
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
Částice se mohou šířit jako vlny.
Je to téměř magie.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Fyzici a chemici si na tyto podivnosti
zvykali skoro celé století.
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
Nevyčítám biologům,
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
že se nemuseli nebo nepotřebovali
kvantovou mechaniku učit.
kvantovou mechaniku učit.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Tyhle podivnosti jsou velmi delikátní
a nám fyzikům dá hodně práce
je laboratorně potvrdit.
je laboratorně potvrdit.
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
Chladíme své soustavy
skoro k absolutní nule,
skoro k absolutní nule,
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
pokusy provádíme ve vakuu,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
snažíme se je izolovat
od jakýchkoliv vnějších vlivů.
od jakýchkoliv vnějších vlivů.
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
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
Je to úplně jiné než teplé, zaneřáděné,
hlučné prostředí v živé buňce.
hlučné prostředí v živé buňce.
Biologie jako taková,
pokud se bavíme o té molekulární,
pokud se bavíme o té molekulární,
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
je docela úspěšná v tom,
jak popisuje životní procesy
jak popisuje životní procesy
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
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
z pohedu chemie ‒ chemických reakcí.
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
Jsou to redukcionistické
a deterministické chemické reakce,
a deterministické chemické reakce,
které ukazují, že život je v podstatě
vyroben ze stejné hmoty jako vše ostatní
vyroben ze stejné hmoty jako vše ostatní
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
a když zapomeneme na kvantovou
mechaniku v makrosvětě,
mechaniku v makrosvětě,
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
tak bychom se jí nemuseli
asi zabývat ani v biologii.
asi zabývat ani v biologii.
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
No, ale jeden člověk si dovolil
s touhle představou nesouhlasit.
s touhle představou nesouhlasit.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger, proslavený
svojí „Schrödingerovou kočkou“,
svojí „Schrödingerovou kočkou“,
byl rakouský fyzik.
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
Byl jedním ze zakladatelů
kvantové mechaniky ve 20. letech.
kvantové mechaniky ve 20. letech.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
V roce 1944 napsal knihu „Co je život?“.
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
Měla nesmírný vliv.
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Ovlivnila Francise Cricka
a Jamese Watsona,
a Jamese Watsona,
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
objevitele dvoušroubovice DNA.
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
Když budu parafrázovat
popis v knize, tak říká:
popis v knize, tak říká:
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
Živé organismy mají
na molekulární úrovni určitý řád,
na molekulární úrovni určitý řád,
vlastní strukturu, která se velmi liší
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
od náhodného termodynamického
pošťuchování atomů a molekul
pošťuchování atomů a molekul
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
v neživé hmotě o stejném
stupni složitosti.
stupni složitosti.
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
Vlastně se zdá, že živá hmota se
tímto řádem a strukturou řídí
tímto řádem a strukturou řídí
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
stejně jako neživá hmota
ochlazená až k absolutní nule,
ochlazená až k absolutní nule,
kde kvantové jevy hrají
velmi důležitou roli.
velmi důležitou roli.
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
Je tedy něco zvláštního
na struktuře – na řádu –
na struktuře – na řádu –
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
uvnitř živé buňky.
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
Schrödinger se domníval, že kvantová
mechanika možná hraje v životě roli.
mechanika možná hraje v životě roli.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
Je to velmi spekulativní
a dalekosáhlá myšlenka
a dalekosáhlá myšlenka
a opravdu nešla příliš do hloubky.
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
Ale jak jsem na začátku zmínil,
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
v posledních deseti letech
se začaly rozvíjet experimenty,
se začaly rozvíjet experimenty,
které ukazují, jak některé
konkrétní jevy v biologii
konkrétní jevy v biologii
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
zdá se kvantovou mechniku vyžadují.
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
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
Chci se s vámi podělit jen o pár
opravdu vzrušujících případů.
opravdu vzrušujících případů.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Toto je jeden z nejznámějších
jevů kvantového světa,
jevů kvantového světa,
kvantové tunelování.
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
V rámečku vlevo je vidět
vlnovité, rozprostírající se rozložení
vlnovité, rozprostírající se rozložení
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
kvantové entity –
částice, jako je elektron,
částice, jako je elektron,
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
která nevypadá jako míček
odrážející se ode zdi.
odrážející se ode zdi.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
Je to vlna, u které existuje
určitá pravděpodobnost,
určitá pravděpodobnost,
že projde pevnou stěnou, jako přelud,
který proskočí na druhou stranu.
který proskočí na druhou stranu.
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
V pravé části rámečku vidíte
slabou světelnou mlhu.
slabou světelnou mlhu.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
Kvantové tunelování říká, že částice
může narazit na nepropustnou bariéru,
může narazit na nepropustnou bariéru,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
a přesto nějak, jakoby magicky,
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
zmizet na jedné straně
a objevit se na druhé.
a objevit se na druhé.
Nejlépe si to lze vysvětlit tak,
že když chcete přehodit míč přes zeď,
že když chcete přehodit míč přes zeď,
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
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
musíte mu dát dostatek energie,
aby se přes ni dostal.
aby se přes ni dostal.
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
V kvantovém světě nemusíte
míč přes zeď házet,
míč přes zeď házet,
můžete ho hodit na zeď a on
s jistou nenulovou pravděpodobností
s jistou nenulovou pravděpodobností
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
na vaší straně zmizí
a objeví se na druhé.
a objeví se na druhé.
Tohle mimochodem není spekulace.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
Jsme rádi – no, „rádi“
není to pravé slovo –
není to pravé slovo –
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Smích)
Důvěrně ho známe.
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Smích)
Ke kvantovému tunelování
dochází v jednom kuse.
dochází v jednom kuse.
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
Je to vlastně důvod, proč Slunce svítí.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
Částice spolu fúzují
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
a Slunce mění pomocí kvantového
tunelování vodík na helium.
tunelování vodík na helium.
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
Již v 70. a 80. letech bylo zjištěno,
že ke kvantovému tunelování dochází
že ke kvantovému tunelování dochází
i uvnitř živých buněk.
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
Enzymy, tažní koně života,
katalyzátory chemických reakcí –
katalyzátory chemických reakcí –
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
jsou biomolekuly, které urychlují
chemické reakce v živých buňkách
chemické reakce v živých buňkách
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
o mnoho řádů.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
A vždycky bylo záhadou, jak to dělají.
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
No a zjistilo se,
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
že jedním z triků, který si
enzymy vyvinuly k použití,
enzymy vyvinuly k použití,
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
je přesun subatomárních částic,
jako jsou elektrony a dokonce protony,
jako jsou elektrony a dokonce protony,
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
z jedné části molekuly do jiné
pomocí kvantového tunelování.
pomocí kvantového tunelování.
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
Je to účinné, rychlé,
umožňuje to, aby mizely –
umožňuje to, aby mizely –
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
proton může z jednoho místa
zmizet a objevit se na jiném.
zmizet a objevit se na jiném.
Enzymy tomu napomáhají.
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
Toto je výzkum, který se
uskutečnil už v 80. letech,
uskutečnil už v 80. letech,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
zejména skupinou v Berkeley,
Judith Klinmanovou.
Judith Klinmanovou.
Jiné skupiny ve Velké Británii
teď také potvrdily,
teď také potvrdily,
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
že to enzymy skutečně dělají.
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Výzkum vedený mojí skupinou –
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
a jak jsem už zmínil, jsem jaderný fyzik,
ale uvědomil jsem si, že mám nástroje
využívající kvantovou mechaniku
využívající kvantovou mechaniku
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
v atomových jádrech, a že je mohu
aplikovat také v jiných oblastech.
aplikovat také v jiných oblastech.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
Kladli jsme si otázku,
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
jestli kvantové tunelování
hraje roli při mutacích v DNA.
hraje roli při mutacích v 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
A to opět není nová myšlenka,
je známa už od začátku 60. let.
je známa už od začátku 60. let.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
Ta dvě vlákna DNA,
struktura dvoušroubovice,
struktura dvoušroubovice,
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
drží pohromadě příčkami –
vypadá to jako zkroucený žebřík.
vypadá to jako zkroucený žebřík.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
A ty příčky na žebříku
jsou vodíkové vazby –
jsou vodíkové vazby –
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
protony, které fungují jako
lepidlo mezi těmi dvěma vlákny.
lepidlo mezi těmi dvěma vlákny.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Když si je přiblížíte,
uvidíte, že drží pohromadě
uvidíte, že drží pohromadě
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
tyto velké molekuly – nukleotidy.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Přiblížíme je trochu víc.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Tady to je počítačová simulace.
Ty dvě bílé kuličky
uprostřed jsou protony
uprostřed jsou protony
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
a vidíte, že je to
dvojitá vodíková vazba.
dvojitá vodíková vazba.
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
Jeden se usadil na jedné straně,
druhý na druhé straně
druhý na druhé straně
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
těch dvou vláken, těch svislých linií
směřujících dolů, které teď nevidíte.
směřujících dolů, které teď nevidíte.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Ale může se stát,
že tyto dva protony přeskočí.
že tyto dva protony přeskočí.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Sledujte ty dvě bílé kuličky.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Můžou přeskočit na druhou stranu.
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
Když se pak ta dvě vlákna oddělí,
aby začala proces replikace
aby začala proces replikace
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
a ty dva protony jsou zrovna
na špatném místě,
na špatném místě,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
tak to může vést k mutaci.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Ví se o tom už půl století.
Otázkou je, jaká je
pravděpodobnost, že to udělají
pravděpodobnost, že to udělají
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
a pokud to udělají, tak jak?
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
Přeskočí, jako míč hozený přes zeď?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Nebo se přenesou kvantovým tunelováním,
i když nemají dostatek energie?
i když nemají dostatek energie?
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
Prvotní náznaky napovídají, že v tom
může hrát roli kvantové tunelování.
může hrát roli kvantové tunelování.
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Stále ještě nevíme, jak moc důležitou;
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
je to stále ještě otevřená otázka.
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
Jsou to dohady,
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
ale je to jedna z otázek,
která je tak důležitá,
která je tak důležitá,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
že pokud kvantová mechanika
hraje roli při mutacích,
hraje roli při mutacích,
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
bude to mít určitě velké důsledky
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
v porozumění určitým druhům mutací,
možná i těch, které vedou ke změně
běžné buňky na rakovinnou.
běžné buňky na rakovinnou.
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
Dalším příkladem kvantové mechaniky
v biologii je kvantová koherence,
v biologii je kvantová koherence,
v jednom z nejdůležitějších
procesů v biologii – fotosyntéze:
procesů v biologii – fotosyntéze:
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
rostliny a bakterie
přijímají sluneční světlo
přijímají sluneční světlo
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
a pomocí jeho energie vytváří biomasu.
Kvantová koherence je myšlenka
multitaskingu mezi kvantovými entitami.
multitaskingu mezi kvantovými entitami.
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
To je ten kvantový lyžař.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
Je to předmět, který se chová jako vlna,
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
takže se nepohybuje jen jedním
nebo druhým směrem,
nebo druhým směrem,
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
ale dokáže se pohybovat současně
po více různých drahách.
po více různých drahách.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Před několika lety byl
vědecký svět šokován,
vědecký svět šokován,
když byl uveřejněn článek
s experimentálními důkazy,
s experimentálními důkazy,
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
že ke kvantové koherenci
dochází uvnitř bakterií,
dochází uvnitř bakterií,
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
které provádějí fotosyntézu.
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
Jde o myšlenku, že foton –
částice světla, slunečního světla,
částice světla, slunečního světla,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
kvantum světla zachycené
molekulou chlorofylu,
molekulou chlorofylu,
je následně doručeno do něčeho,
čemu říkáme reakční centrum,
čemu říkáme reakční centrum,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
kde se může proměnit
na chemickou energii.
na chemickou energii.
A cestou tam nejde
jen po jedné dráze;
jen po jedné dráze;
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
putuje po více drahách naráz,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
aby našlo nejefektivnější způsob,
jak se dostat do reakčního centra
jak se dostat do reakčního centra
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
a nerozptýlilo se jako ztrátové teplo.
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
Kvantová koherence, která se
odehrává uvnitř živé buňky.
odehrává uvnitř živé buňky.
Pozoruhodná myšlenka
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
a stále přibývají důkazy skoro každý týden
s každým novým vydaným článkem,
s každým novým vydaným článkem,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
který potvrzuje, že se to skutečně děje.
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
Můj třetí a poslední příklad
je nejkrásnější, užasná myšlenka.
je nejkrásnější, užasná myšlenka.
Ještě pořád je hodně spekulativní,
ale musím se s vámi o ni podělit.
ale musím se s vámi o ni podělit.
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
Červenka obecná migruje ze Skandinávie
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
až ke Středozemnímu moři, každý podzim,
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
a jako mnoho dalších mořských
živočichů a dokonce i hmyz
živočichů a dokonce i hmyz
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
se řídí podle zemského magnetického pole.
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
Magnetické pole Země
je ale velice slaboučké;
je ale velice slaboučké;
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
100 krát slabší než magnetka na lednici,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
a přesto nějak ovlivňuje
chemii v živých organismech.
chemii v živých organismech.
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
O tom není pochyb –
německý pár ornitologů,
německý pár ornitologů,
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Wofgang a Roswitha Wiltschkovi,
v 70. letech skutečně potvrdili,
v 70. letech skutečně potvrdili,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
že červenky nacházejí cestu tak,
že vnímají magnetické pole Země,
že vnímají magnetické pole Země,
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
které jim dává informace o směru –
jako vestavěný kompas.
jako vestavěný kompas.
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
Záhadou ale bylo, jak to dělají.
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
A jediná teorie, kterou máme –
nevíme, jestli je to správná teorie,
ale je jediná k dispozici –
ale je jediná k dispozici –
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
říká, že to dělají pomocí něčeho,
čemu se říká kvantové provázání.
čemu se říká kvantové provázání.
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
Na sítnici červenky –
bez legrace – uvnitř její sítnice
je bílkovina zvaná kryptochrom,
je bílkovina zvaná kryptochrom,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
která je citlivá na světlo.
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
V kryptochromu je pár elektronů,
které jsou kvantově provázány.
které jsou kvantově provázány.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
Ke kvantovému provázání dochází,
když jsou dvě částice daleko od sebe,
když jsou dvě částice daleko od sebe,
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
a přesto jsou spolu nějak v kontaktu.
Dokonce i Einstein tu myšlenku nenáviděl,
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
říkal tomu „přízračné působení na dálku“.
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Smích)
Takže když se to nelíbí Einsteinovi,
tak nám to může být taky proti srsti.
tak nám to může být taky proti srsti.
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
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
Dva kvantově provázané elektrony
uvnitř jedné molekuly
uvnitř jedné molekuly
tancují jemný taneček,
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
který je velmi citlivý na to,
kterým směrem pták letí
kterým směrem pták letí
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
v magnetickém poli Země.
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
Nevíme, jestli je to správné vysvětlení,
ale nebylo by úžasné, kdyby kvantová
mechanika sloužila ptákům k navigaci?
mechanika sloužila ptákům k navigaci?
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
Kvantová biologie je ještě v plenkách.
Stále je spekulativní.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Ale věřím, že se zakládá na poctivé vědě.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Také si myslím, že
v nadcházejících deseti letech
v nadcházejících deseti letech
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
začneme poznávat, že vlastně
prostupuje vším životem –
prostupuje vším životem –
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
že život vyvinul triky,
jak využívat kvantový svět.
jak využívat kvantový svět.
Sledujte, co bude dál.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Děkuji vám.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Potlesk)
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