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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim Al-Khalili: La biologie quantique pourra-t-elle apporter une réponse aux grandes questions de la vie ?
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Comment un rouge-gorge peut-il s'orienter et voler vers le Sud ? La réponse pourrait être plus étrange qu'il n'y paraît. Ouvrez vos manuels de physique quantique. Jim Al Khalili nous présente le monde émergent et extrêmement étrange de la biologie quantique, un domaine qu'Einstein a appelé autrefois : « une action fantôme à distance ». La biologie quantique aiderait les oiseaux à naviguer, et les effets quantiques pourraient expliquer l'origine de la vie.
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
Permettez-moi de vous présenter
un domaine émergent de la science.
un domaine émergent de la science.
Un domaine encore spéculatif,
mais extrêmement excitant.
mais extrêmement excitant.
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
C'est un domaine qui évolue rapidement.
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
La biologie quantique pose
une question très simple :
une question très simple :
la mécanique quantique,
cette théorie bizarre et fabuleuse
cette théorie bizarre et fabuleuse
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
du monde subatomique,
des atomes et des molécules,
des atomes et des molécules,
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
qui sous-tend
la physique moderne et la chimie,
la physique moderne et la chimie,
cette mécanique quantique joue-t-elle
un rôle dans les cellules vivantes ?
un rôle dans les cellules vivantes ?
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
En d'autres mots : y-a-t-il des processus,
des mécanismes ou des phénomènes
des mécanismes ou des phénomènes
dans les organismes vivants
qui ne peuvent pas être expliqués
qui ne peuvent pas être expliqués
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
sans la main salvatrice
de la mécanique quantique ?
de la mécanique quantique ?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
La biologie quantique existe
depuis le début des années 30.
depuis le début des années 30.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
Mais ce n'est que ces dernières décennies
que des expériences minutieuses
que des expériences minutieuses
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
ont pu être réalisées dans les labos
de biochimie, grâce à la spectroscopie.
de biochimie, grâce à la spectroscopie.
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
Elles montrent des preuves nettes
et solides qu'il y a des mécanismes précis
et solides qu'il y a des mécanismes précis
dont l'explication exige
la mécanique quantique.
la mécanique quantique.
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
La biologie quantique réunit
les physiciens, les biochimistes,
les physiciens, les biochimistes,
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
et les biologistes moléculaires.
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
C'est un domaine multi-disciplinaire
et inter-disciplinaire.
et inter-disciplinaire.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
J'ai une formation en physique quantique.
Je suis physicien nucléaire.
Je suis physicien nucléaire.
Ça fait plus de 30 ans
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
que j'essaye de comprendre
la mécanique quantique.
la mécanique quantique.
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
Un de ses fondateurs, Niels Bohr,
dit ceci à son propos :
dit ceci à son propos :
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
« Quiconque n'est pas choqué
par la théorie quantique
par la théorie quantique
ne la comprend pas. »
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
Je suis relativement ravi
d'être toujours surpris.
d'être toujours surpris.
C'est un signe encourageant.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
J'étudie donc les structures
les plus petites dans l'Univers,
les plus petites dans l'Univers,
les briques de la réalité.
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Pour vous donner un ordre de grandeur,
si nous prenons un objet usuel,
une balle de tennis par exemple,
une balle de tennis par exemple,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
et que nous passons
à des échelles plus petites,
à des échelles plus petites,
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
la pointe d'une aiguille, une cellule,
une bactérie, et enfin une enzyme,
une bactérie, et enfin une enzyme,
on arrive dans le monde nanométrique.
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
Vous devez avoir entendu parler
de la nanotechnologie.
de la nanotechnologie.
Un nanomètre est un milliardième de mètre.
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
Mon domaine d'expertise
est le noyau atomique.
est le noyau atomique.
Le petit point à l’intérieur de l’atome.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
Leur échelle est encore plus petite.
Voilà le domaine
de la mécanique quantique.
de la mécanique quantique.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
Les physiciens et les chimistes
ont eu le temps
ont eu le temps
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
pour le comprendre et s'y habituer.
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
Les biologistes, par contre,
s'en tirent à bon compte,
s'en tirent à bon compte,
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
avec leurs modèles de molécules
des boules et bâtons.
des boules et bâtons.
(Rires)
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
Les boules représentent les atomes,
les bâtons, les liens entre eux.
les bâtons, les liens entre eux.
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
S'ils ne peuvent pas les créer
en laboratoire,
en laboratoire,
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
ils utilisent des ordinateurs
très puissants
très puissants
pour simuler ces énormes molécules.
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Voici une protéine formée
de 100 000 atomes.
de 100 000 atomes.
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
Pas besoin de la mécanique quantique
pour l'expliquer.
pour l'expliquer.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
La mécanique quantique a été développée
dans les années 20.
dans les années 20.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
C'est un groupe de puissantes et
très belles règles et idées mathématiques
très belles règles et idées mathématiques
qui expliquent le monde
de l'infiniment petit.
de l'infiniment petit.
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
C'est un monde totalement différent
de notre monde réel,
de notre monde réel,
fait de milliards d'atomes.
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
C'est un monde construit
sur la probabilité et le hasard.
sur la probabilité et le hasard.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
C'est un monde flou.
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
C'est un monde de fantômes
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
où les particules peuvent aussi
se comporter comme des ondes.
se comporter comme des ondes.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Si nous envisageons la mécanique
ou la physique quantique,
ou la physique quantique,
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
comme une base fondamentale de la réalité,
il devient envisageable qu'elle soit
à la base de la chimie organique.
à la base de la chimie organique.
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Elle nous donne les règles qui nous disent
comment les atomes forment ensemble
des molécules organiques.
des molécules organiques.
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
De la chimie organique,
en passant à une échelle plus complexe,
en passant à une échelle plus complexe,
devient la biologie moléculaire.
Ça nous conduit à la vie elle-même.
Ça nous conduit à la vie elle-même.
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Ce n'est donc pas surprenant.
C'est presque évident.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Vous pensez sans doute que tout dépend
de la mécanique quantique, in fine.
de la mécanique quantique, in fine.
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
Comme tout le reste
de ce qui nous entoure.
de ce qui nous entoure.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
Les objets inanimés aussi,
qui sont fait de milliards d'atomes.
qui sont fait de milliards d'atomes.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
Il y a un stade quantique ultime
qui nous oblige à plonger dans l'étrange.
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
Mais au jour le jour, on n'y pense pas.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Parce que lorsqu'on réunit ensemble
des milliards d'atomes,
des milliards d'atomes,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
l'étrangeté quantique disparaît.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
La biologie quantique ne traite pas de ça.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
La biologie quantique
n'est pas si évidente.
n'est pas si évidente.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Bien sûr, la mécanique quantique
sous-tend la vie à son niveau moléculaire.
sous-tend la vie à son niveau moléculaire.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
La biologie quantique s'intéresse
aux idées peu banales et contre-intuitives
aux idées peu banales et contre-intuitives
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
de la mécanique quantique,
et cherche à vérifier
si elles jouent un rôle important
si elles jouent un rôle important
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
dans la description
des processus de la vie.
des processus de la vie.
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Mon image favorite pour exprimer
combien le monde quantique
est contre-intuitif, est la suivante :
est contre-intuitif, est la suivante :
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
Voici un skieur quantique.
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
Il semble intact, et en parfaite santé.
Cependant, il semble avoir skié
des deux côtés de l'arbre en même temps.
des deux côtés de l'arbre en même temps.
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
Quand vous remarquez de telles traces,
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
vous pensez qu'il s'agit
d'un tour de magie.
d'un tour de magie.
Mais dans le monde quantique,
ça arrive tout le temps.
ça arrive tout le temps.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
Les particules sont polyvalentes,
être à deux endroits en même temps,
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
se comporter de manières différentes
simultanément.
simultanément.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
Les particules peuvent se comporter
comme des ondes.
comme des ondes.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
C'est presque de la magie.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Ça fait presque un siècle
que les physiciens et les chimistes
que les physiciens et les chimistes
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
essayent de s'habituer à ce monde étrange.
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
Je ne reproche jamais aux biologistes
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
de ne pas vouloir s'intéresser
à la mécanique quantique.
à la mécanique quantique.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Cette étrangeté est très fragile.
Et nous, physiciens, nous nous appliquons
avec persévérance
avec persévérance
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
pour l'entretenir dans nos labos.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
On refroidit nos systèmes
à des températures proches du zéro absolu.
à des températures proches du zéro absolu.
Nos expériences ont lieu sous vide,
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
et dans un milieu isolé et prémuni
contre les perturbations extérieures.
contre les perturbations extérieures.
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
C'est aux antipodes
de l'environnement chaud,
de l'environnement chaud,
désordonné et bruyant
des cellules vivantes.
des cellules vivantes.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
La biologie, ou tout du moins,
la biologie moléculaire,
la biologie moléculaire,
semble s'être bien débrouillée
pour décrire les phénomènes de la vie
pour décrire les phénomènes de la vie
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
en termes de chimie,
de réactions chimiques.
de réactions chimiques.
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
Il s'agit de réactions chimiques
réductrices et déterministiques
réductrices et déterministiques
qui montrent, en gros, que la vie
est faite des mêmes éléments que le reste.
est faite des mêmes éléments que le reste.
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
Si nous nous passons de la mécanique
quantique dans le monde macro,
quantique dans le monde macro,
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
nous pouvons par conséquent
nous en passer en biologie aussi.
nous en passer en biologie aussi.
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Un jour, une personne a eu un avis
différent sur la question.
différent sur la question.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
qui a donné son nom à un chat célèbre,
qui a donné son nom à un chat célèbre,
était un physicien autrichien.
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
C'est un des fondateurs de la mécanique
quantique, dans les années 20.
quantique, dans les années 20.
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
En 1944, il a publié un livre intitulé :
« Qu'est-ce que la vie ? » ,
« Qu'est-ce que la vie ? » ,
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
qui a joué un rôle influent.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Ce livre a influencé Francis Crick
et James Watson,
et James Watson,
les découvreurs de la structure
en double-hélice de l'ADN.
en double-hélice de l'ADN.
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
Pour paraphraser un passage du livre :
au niveau moléculaire, les organismes
vivants ont un ordre particulier,
vivants ont un ordre particulier,
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
une structure qui leur est propre
et qui est très différente
et qui est très différente
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
du désordre aléatoire thermodynamique
des atomes et des molécules
des atomes et des molécules
présents dans la matière inorganique
d'une complexité semblable.
d'une complexité semblable.
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
En réalité, la matière vivante
semble se comporter
semble se comporter
comme les matières inorganiques,
portées au zéro absolu,
portées au zéro absolu,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
là où les effets quantiques
jouent un rôle important.
jouent un rôle important.
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
Il y a quelque chose de propre
à cette structure, à cet ordre,
à cette structure, à cet ordre,
dans toute cellule vivante.
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
Schrödinger a spéculé sur cette base
que la mécanique quantique
pourrait influencer la vie.
pourrait influencer la vie.
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
C'est une idée très hypothétique
et très ambitieuse.
et très ambitieuse.
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
En fait, elle n'a pas vraiment pris.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
Mais comme je vous l'ai précisé,
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
ces 10 dernières années,
l'émergence de nouvelles expériences
l'émergence de nouvelles expériences
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
pointe du doigt en direction
de certains phénomènes biologiques
de certains phénomènes biologiques
qui nécessitent la mécanique quantique.
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
Je vais vous en présenter
quelques-uns des plus enthousiasmants.
quelques-uns des plus enthousiasmants.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Le premier est le phénomène plus connu
dans le monde quantique :
dans le monde quantique :
l'effet tunnel.
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
La boîte sur la gauche montre
la diffusion d'une onde
la diffusion d'une onde
d'un objet quantique,
une particule telle un électron.
une particule telle un électron.
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
Ce n'est pas exactement
une balle qui rebondit sur un mur.
une balle qui rebondit sur un mur.
C'est une onde qui a une probabilité
d'être capable de traverser une barrière,
d'être capable de traverser une barrière,
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
un peu comme un spectre traverse les murs.
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
On constate une petite lueur faible
dans la boîte de droite.
dans la boîte de droite.
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
L'effet tunnel suggère qu'une particule
peut atteindre une barrière imperméable,
peut atteindre une barrière imperméable,
et peut, par un subterfuge
proche de la magie,
proche de la magie,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
disparaître d'un côté
et ré-apparaître de l'autre.
et ré-apparaître de l'autre.
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
Une image pour bien expliquer ça :
pour lancer une balle au-dessus d'un mur,
pour lancer une balle au-dessus d'un mur,
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
on doit lui donner suffisamment d'énergie
pour passer au-delà.
pour passer au-delà.
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
Dans le monde quantique,
inutile de la lancer au-dessus du mur,
inutile de la lancer au-dessus du mur,
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
on peut l'envoyer sur le mur.
Il y a une probabilité non-nulle
Il y a une probabilité non-nulle
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
qu'elle disparaîtra d'un côté,
et ré-apparaîtra de l'autre.
et ré-apparaîtra de l'autre.
Ce n'est pas de la spéculation.
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
Nous sommes tous « heureux »,
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Rires)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
ça nous est familier.
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Rires)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
L'effet tunnel est un phénomène
très courant.
très courant.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
C'est la raison pour laquelle
le soleil brille, d'ailleurs.
le soleil brille, d'ailleurs.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
Les particules entrent en fusion,
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
le soleil transforme l’hydrogène en hélium
grâce à l’effet tunnel.
grâce à l’effet tunnel.
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
Dans les années 70 et 80, on a découvert
que l’effet tunnel survient aussi
dans les cellules vivantes.
dans les cellules vivantes.
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
Les enzymes sont les ouvrières de la vie
qui catalysent les réactions chimiques.
qui catalysent les réactions chimiques.
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
Ce sont des molécules qui accélèrent
les réactions chimiques dans les cellules
les réactions chimiques dans les cellules
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
de manière importante.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
Le processus est resté un grand mystère
jusqu’à ce qu’on découvre
jusqu’à ce qu’on découvre
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 les enzymes ont évolué
pour devenir capables
pour devenir capables
de transférer des particules subatomiques,
des électrons ou des protons,
des électrons ou des protons,
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
d’une partie d’une molécule
à une autre, en utilisant l’effet tunnel.
à une autre, en utilisant l’effet tunnel.
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
C’est efficace et rapide.
Ça fait disparaître, ...
Ça fait disparaître, ...
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
Un proton peut disparaître d’un endroit
et ré-apparaître ailleurs.
et ré-apparaître ailleurs.
Les enzymes participent à ce processus.
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
Ces recherches ont été conduites
dans les années 80,
dans les années 80,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
par l’équipe de Judith Klinman,
à Berkeley.
à Berkeley.
D’autres équipes en Angleterre
ont confirmé
ont confirmé
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
que les enzymes utilisent l’effet tunnel.
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Des recherches que mon équipe a réalisées,
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
je suis physicien nucléaire,
mais j'ai réalisé que je pouvais très bien
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
appliquer les outils de la mécanique
quantique à d’autres domaines.
quantique à d’autres domaines.
Une des questions
que nous investiguons,
que nous investiguons,
10:35
One question we asked
185
623404
1810
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
est de voir si l’effet tunnel joue
un rôle dans les mutations de l’ADN.
un rôle dans les mutations de l’ADN.
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
Ce n’est pas une idée originale.
Elle date du début des années 60.
Elle date du début des années 60.
Deux brins d’ADN,
la structure en double-hélice,
la structure en double-hélice,
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
tiennent ensemble avec un petit échellon.
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
Ça ressemble à une échelle enroulée.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
Ces échelons sont en fait
des liens d’hydrogène,
des liens d’hydrogène,
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
des protons, qui agissent
comme de la colle entre les brins.
comme de la colle entre les brins.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Ces protons tiennent ensemble
les grandes molécules,
les grandes molécules,
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
les nucléotides.
Agrandissons l’image davantage.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
C'est une simulation informatique.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
Les deux boules blanches
au milieu sont des protons.
au milieu sont des protons.
Vous constatez qu’il s’agit
d’un lien double d’hydrogène.
d’un lien double d’hydrogène.
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
Un des deux préfère être d’un côté,
et l’autre de l’autre,
et l’autre de l’autre,
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
des brins qui constituent
la partie verticale,
la partie verticale,
que l’on ne voit pas maintenant.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Il arrive que ces deux protons
sautent de l’autre côté.
sautent de l’autre côté.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Regardez les deux boules blanches :
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
elles peuvent sauter de l’autre côté.
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
Quand deux brins d’ADN se séparent,
et entament ainsi
le processus de réplication,
le processus de réplication,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
et quand les 2 protons
ne sont pas à la bonne place,
ne sont pas à la bonne place,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
ça peut entraîner une mutation.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Ce phénomène est connu depuis 50 ans.
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
La question centrale est :
quelle est la probabilité
que cette mutation ait lieu ?
que cette mutation ait lieu ?
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
Quels en sont les mécanismes ?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Sautent-ils de l’autre côté
comme un ballon au-dessus d’un mur,
comme un ballon au-dessus d’un mur,
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 peuvent-ils traverser
le tunnel quantique
le tunnel quantique
même si leur énergie
est insuffisante ?
est insuffisante ?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Les premiers indices pointent
vers l’effet tunnel.
vers l’effet tunnel.
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
Mais nous ne savons pas encore
quelle est son importance.
quelle est son importance.
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
C’est une question ouverte.
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
C’est hypothétique certes,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
mais cette question est vitale.
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
En effet, si la mécanique quantique joue
un rôle dans les mutations,
un rôle dans les mutations,
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
ça aura des implications importantes
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
dans la compréhension
de certains types de mutations,
de certains types de mutations,
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
par exemple, celles qui transforment
une cellule saine en cellule cancéreuse.
une cellule saine en cellule cancéreuse.
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Un autre exemple de la mécanique
quantique en biologie
quantique en biologie
s’appelle la cohérence quantique.
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
La photosynthèse est un des processus
les plus importants en biologie.
les plus importants en biologie.
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
Les plantes et les bactéries,
utilisent la lumière du soleil
utilisent la lumière du soleil
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
comme source d’énergie
pour créer de la biomasse.
pour créer de la biomasse.
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
La cohérence quantique définit l’idée
que les entités quantiques
sont polyvalentes.
sont polyvalentes.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
C’est notre skieur quantique.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
C’est objet qui se comporte
comme une onde.
comme une onde.
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
Il ne bouge pas dans une seule direction,
ou dans une autre.
ou dans une autre.
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
Au contraire, il peut suivre des chemins
multiples simultanément.
multiples simultanément.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Il y a quelques années,
une publication a bouleversé
le monde de la science
le monde de la science
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
en montrant des résultats d’expériences
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
qui indiquent la présence
de cohérence quantique dans les bactéries
de cohérence quantique dans les bactéries
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
qui réalisent la photosynthèse.
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
L'idée principale est que le photon,
la particule de lumière,
la particule de lumière,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
le quanta de lumière capté
par la molécule de chlorophylle,
par la molécule de chlorophylle,
est transmis à ce qu'on appelle
le centre réactionnel,
le centre réactionnel,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
pour y être transformé
en énergie chimique.
en énergie chimique.
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
Le quanta a plusieurs chemins
pour y arriver.
pour y arriver.
Il suit plusieurs chemins simultanément,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
pour optimiser le trajet
pour atteindre le centre réactionnel,
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
sans perte de chaleur.
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
La cohérence quantique
est à l'œuvre dans une cellule.
est à l'œuvre dans une cellule.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Une idée extraordinaire,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
qui se voit appuyée de plus en plus
par des publications.
par des publications.
Chaque semaine, un nouveau document
vient confirmer cette hypothèse.
vient confirmer cette hypothèse.
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
Mon dernier exemple
est aussi le plus beau, le plus magique.
est aussi le plus beau, le plus magique.
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
C'est aussi extrêmement spéculatif
mais je ne peux pas m'empêcher
de le partager avec vous.
de le partager avec vous.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
Les rouges-gorges européens
font des migrations de la Scandinavie
font des migrations de la Scandinavie
jusqu'à la Méditerranée, chaque automne.
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
Comme beaucoup d'animaux marins
et d'insectes,
et d'insectes,
ils s'orientent avec l'aide du champ
magnétique terrestre.
magnétique terrestre.
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
En dépit de la faiblesse du champ
magnétique de la Terre,
magnétique de la Terre,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
d'un facteur 100,
par rapport à un aimant sur votre frigo.
par rapport à un aimant sur votre frigo.
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
celui-ci influence la chimie
d'organismes vivants.
d'organismes vivants.
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Il n'y a pas de doute :
un couple d'ornithologues allemands,
un couple d'ornithologues allemands,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
Wolfgang et Roswitha Wiltschko,
ont confirmé dans les années 70,
ont confirmé dans les années 70,
14:30
the robin does find its way by somehow
sensing the Earth's magnetic field,
sensing the Earth's magnetic field,
256
858046
3977
que les rouges-gorges trouvent leur chemin
grâce au champ magnétique terrestre,
grâce au champ magnétique terrestre,
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
qui leur donne la direction,
une sorte de boussole interne.
une sorte de boussole interne.
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
Le mystère est le suivant :
comment font-ils ?
comment font-ils ?
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
La seule théorie aujourd'hui,
on ne sait pas si elle est correcte,
mais elle a le mérite d'exister,
mais elle a le mérite d'exister,
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
cette théorie dit que le rouge-gorge
s'oriente grâce à l'intrication quantique.
s'oriente grâce à l'intrication quantique.
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
A l'intérieur de la rétine du rouge-gorge,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
il y a une protéine appelée cryptochrome,
qui est photo-sensible.
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
Dans le cryptochrome,
il y a une paire d'électrons intriqués.
il y a une paire d'électrons intriqués.
L'intrication quantique est le fait
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
que deux particules
très éloignées l'une de l'autre,
très éloignées l'une de l'autre,
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
peuvent néanmoins rester en contact.
Même Einstein a détesté ce concept.
Il a surnommé ça :
Il a surnommé ça :
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
« action fantôme à distance ».
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Rires)
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
Si Einstein était en désaccord,
nous pouvons être mal à l'aise.
nous pouvons être mal à l'aise.
Deux électrons intriqués quantiquement
dans une seule molécule
dans une seule molécule
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
mènent une danse très sensible
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
à la direction prise
par les oiseaux en vol,
par les oiseaux en vol,
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
par rapport au champ magnétique terrestre.
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
On ne sait pas
si cette explication est correcte.
si cette explication est correcte.
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
Mais ce serait cool
que la mécanique quantique
aide les oiseaux à s'orienter.
aide les oiseaux à s'orienter.
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
La biologie quantique vient de naître.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
C'est très hypothétique.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Mais je suis persuadé que ses fondations
scientifiques sont solides.
scientifiques sont solides.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Je crois aussi que,
dans les prochaines décennies,
dans les prochaines décennies,
nous allons constater
qu'elle est omniprésente dans notre vie,
qu'elle est omniprésente dans notre vie,
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
et que la vie utilise des subterfuges
propres au monde quantique.
propres au monde quantique.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Observez bien !
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Merci.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Applaudissements)
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