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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim A-Khalili: Come la biologia quantistica può spiegare le più grandi domande della vita.
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Perché i pettirossi sanno che devono volare verso sud? Forse la risposta è più bizzarra del previsto: la fisica quantistica potrebbe essere responsabile di questo fenomeno. Jim Al-Khalili ci offre un quadro d'insieme del recentissimo e stranissimo mondo della biologia quantistica, in cui la "spettrale azione a distanza", come la definì Einstein, aiuta gli uccelli a orientarsi, e i quanti potrebbero spiegare l'origine della vita stessa.
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
Vi parlerò di un ramo emergente
della scienza,
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
un ramo ancora misterioso
ma incredibilmente appassionante
ma incredibilmente appassionante
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
che sta crescendo con rapidità.
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
La biologia quantistica
si pone una domanda molto semplice:
si pone una domanda molto semplice:
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
la meccanica quantistica,
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
quella misteriosa,
meravigliosa teoria
meravigliosa teoria
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
di un mondo subatomico
di atomi e molecole
di atomi e molecole
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
alla base della fisica
e della chimica moderne,
e della chimica moderne,
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
svolge un ruolo importante
anche all'interno delle cellule?
anche all'interno delle cellule?
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
In altre parole: esistono processi,
meccanismi, fenomeni
meccanismi, fenomeni
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
relativi agli organismi viventi
che possono essere spiegati
che possono essere spiegati
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
soltanto con l'aiuto
della meccanica quantistica?
della meccanica quantistica?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
La biologia quantistica
non è una novità,
non è una novità,
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
se ne parla
dai primi anni Trenta.
dai primi anni Trenta.
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Ma è solo da una decina di anni
che esperimenti meticolosi,
che esperimenti meticolosi,
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
nei laboratori di biochimica
e grazie alla spettroscopia,
e grazie alla spettroscopia,
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
hanno dimostrato con chiarezza
che alcuni meccanismi specifici
che alcuni meccanismi specifici
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
sono spiegabili solo
con la meccanica quantistica.
con la meccanica quantistica.
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
La biologia quantistica unisce
fisici quantistici, biochimici,
fisici quantistici, biochimici,
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
biologi molecolari,
è davvero interdisciplinare.
è davvero interdisciplinare.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Il mio settore è la fisica quantistica,
quindi sono un fisico nucleare.
quindi sono un fisico nucleare.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Sono più di trent'anni
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
che cerco di capire a fondo
la meccanica quantistica.
la meccanica quantistica.
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
Uno dei suoi ideatori,
Niels Bohr, disse:
Niels Bohr, disse:
01:36
said, If you're not astonished by it,
then you haven't understood it.
then you haven't understood it.
24
84404
3350
'Se non ti lascia a bocca aperta,
vuol dire che non l'hai capita'.
vuol dire che non l'hai capita'.
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
Quindi sono contento
che riesca ancora a stupirmi.
che riesca ancora a stupirmi.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Meglio così.
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
Insomma, studio
le strutture più piccole dell'universo,
le strutture più piccole dell'universo,
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
i mattoncini della realtà.
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Se pensiamo alle grandezze in scala,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
cominciamo con un oggetto comune
come una palla da tennis,
come una palla da tennis,
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
e scendiamo verso
ordini di grandezza inferiori,
ordini di grandezza inferiori,
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
dalla cruna di un ago a una cellula
fino a batteri ed enzimi,
fino a batteri ed enzimi,
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
e alla fine
alla dimensione "nano".
alla dimensione "nano".
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Forse avete già sentito
parlare di nanotecnologia.
parlare di nanotecnologia.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
Un nanometro
è un miliardesimo di metro.
è un miliardesimo di metro.
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
Io mi occupo in particolare del nucleo,
il puntino al centro dell'atomo.
il puntino al centro dell'atomo.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
In scala è addirittura più piccolo.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
Questo è l'ambito della
meccanica quantistica,
meccanica quantistica,
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
e ci è voluto molto tempo
perché fisici e chimici
perché fisici e chimici
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
ci si abituassero.
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
I biologi, invece, secondo me,
se la sono cavata bene.
se la sono cavata bene.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
Sono felicissimi con i loro modelli
a sfere e bastoncini.
a sfere e bastoncini.
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
(Risate)
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
Le sfere sono gli atomi, i bastoncini
i legami tra gli atomi.
i legami tra gli atomi.
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
Se i biologi non possono ricostruirli
in laboratorio,
in laboratorio,
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
oggi hanno computer molto potenti
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
capaci di simulare grosse molecole.
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Questa è una proteina
formata da 100.000 atomi.
formata da 100.000 atomi.
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
In realtà può essere spiegata
anche senza meccanica quantistica.
anche senza meccanica quantistica.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
La meccanica quantistica
fu sviluppata negli anni Venti.
fu sviluppata negli anni Venti.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
È un insieme di regole matematiche
e di concetti assolutamente affascinanti
e di concetti assolutamente affascinanti
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
che spiegano il mondo del molto piccolo.
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
Questo mondo è molto diverso
da quello che conosciamo,
da quello che conosciamo,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
è fatto da trilioni di atomi.
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
È un mondo basato
sulla probabilità e sulla possibilità.
sulla probabilità e sulla possibilità.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
È un mondo incerto.
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
Un mondo di fantasmi
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
in cui le particelle si possono
diffondere anche come onde.
diffondere anche come onde.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Immaginando la meccanica quantistica
o la fisica quantistica
o la fisica quantistica
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
come fondamenta
della realtà stessa,
della realtà stessa,
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
possiamo affermare
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
che la fisica quantistica
è alla base della chimica organica.
è alla base della chimica organica.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Dopotutto, ci dà le regole
che spiegano
che spiegano
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
come gli atomi, insieme,
formano le molecole organiche.
formano le molecole organiche.
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
Un gradino sopra la chimica organica
sulla scala della complessità
sulla scala della complessità
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
c'è la biologia molecolare,
che ci riconduce alla vita stessa.
che ci riconduce alla vita stessa.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Nulla di nuovo, in un certo senso.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
Quasi banale.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Direte: 'Certo, alla fine la vita
dipende dalla meccanica quantistica';
dipende dalla meccanica quantistica';
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
In realtà tutto dipende da questa.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
Anche la materia inanimata
formata da trilioni di atomi.
formata da trilioni di atomi.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
Insomma, c'è un livello quantico
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
con tutti i suoi misteri
da investigare.
da investigare.
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
Possiamo anche dimenticarli,
nella vita quotidiana:
nella vita quotidiana:
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
una volta che trilioni
di atomi si combinano,
di atomi si combinano,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
quei misteri quantici
si dissolvono.
si dissolvono.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
Ma la biologia quantistica
non si occupa di questo.
non si occupa di questo.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
Non è così ovvia.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Certo, la meccanica quantistica
è alla base della vita a livello molecolare.
è alla base della vita a livello molecolare.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
La biologia quantistica consiste invece
nel cercare ciò che non è scontato,
nel cercare ciò che non è scontato,
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
i concetti meno evidenti
della meccanica quantistica,
della meccanica quantistica,
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
per capire se sono davvero importanti
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
per spiegare i processi vitali.
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Vi faccio un esempio
sulla non-intuitività
sulla non-intuitività
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
del mondo dei quanti.
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
Ecco uno sciatore quantico.
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
Sembra intatto, in ottime
condizioni fisiche,
condizioni fisiche,
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
ma sembra anche aver superato l'albero
da entrambi i lati nello stesso momento.
da entrambi i lati nello stesso momento.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
Se vedeste un percorso simile
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
pensereste di sicuro
che si tratti di un trucco.
che si tratti di un trucco.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
Ma nel mondo dei quanti
è sempre così.
è sempre così.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
Le particelle possono stare in due posti
o fare più cose
o fare più cose
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
nello stesso momento,
sono multitasking.
sono multitasking.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
Possono presentarsi
sotto forma di onde.
sotto forma di onde.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
Sembra una magia.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Ci è voluto quasi un secolo
perché fisici e chimici
perché fisici e chimici
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
si abituassero a questa stranezza.
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
Non sto incolpando i biologi
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
per non dover o voler
imparare la meccanica quantistica.
imparare la meccanica quantistica.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Questa stranezza
è una questione delicata,
è una questione delicata,
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
e noi fisici ci impegniamo al massimo
per conservarla in laboratorio.
per conservarla in laboratorio.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
Raffreddiamo il sistema
quasi fino allo zero assoluto,
quasi fino allo zero assoluto,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
usiamo macchine a vuoto
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
e cerchiamo di isolarlo
da qualsiasi disturbo esterno.
da qualsiasi disturbo esterno.
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
È molto diverso dall'ambiente caldo,
caotico e rumoroso di una cellula.
caotico e rumoroso di una cellula.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
La biologia, la biologia molecolare,
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
sembra aver descritto benissimo
i processi vitali
i processi vitali
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
dal punto di vista
delle reazioni chimiche.
delle reazioni chimiche.
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
Queste reazioni chimiche
sono riduzionistiche, deterministiche,
sono riduzionistiche, deterministiche,
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
dimostrano che la vita è fatta
dalla stessa materia che forma tutto,
dalla stessa materia che forma tutto,
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
e che se possiamo dimenticarci
della meccanica quantistica
della meccanica quantistica
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
nel mondo macro, possiamo
dimenticarcela anche in biologia.
dimenticarcela anche in biologia.
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Qualcuno però non era d'accordo
con questa teoria.
con questa teoria.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
quello del famoso gatto di Schrödinger,
quello del famoso gatto di Schrödinger,
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
era un fisico austriaco.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
Fu uno dei fondatori della meccanica
quantistica negli anni Venti.
quantistica negli anni Venti.
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
Nel 1944 scrisse un libro
intitolato "Che cos'è la vita?"
intitolato "Che cos'è la vita?"
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Ebbe un impatto incredibile.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Influenzò Francis Crick
e James Watson,
e James Watson,
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
gli scopritori della struttura
a doppia elica del DNA.
a doppia elica del DNA.
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
In una spiegazione
del suo libro dice:
del suo libro dice:
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
A livello molecolare, gli organismi
viventi hanno un certo ordine,
viventi hanno un certo ordine,
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
una struttura molto diversa
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
da quella massa caotica
di atomi e molecole
di atomi e molecole
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
nella materia inanimata
di pari complessità.
di pari complessità.
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
Di fatto la materia organica sembra
organizzarsi in una struttura, quindi,
organizzarsi in una struttura, quindi,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
proprio come la materia inanimata
portata quasi allo zero assoluto
portata quasi allo zero assoluto
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
in cui gli effetti dei quanti
sono fondamentali.
sono fondamentali.
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
La struttura, l'ordine
all'interno di una cellula
all'interno di una cellula
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
è in qualche modo speciale.
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 ipotizzò che la meccanica
quantistica potesse incidere sulla vita.
quantistica potesse incidere sulla vita.
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
È un'ipotesi d'ampia portata
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
che alla fine non andò lontano.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
Ma come ho detto all'inizio,
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
negli ultimi dieci anni
sempre più esperimenti
sempre più esperimenti
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
hanno mostrato quali fenomeni
biologici sembrano
biologici sembrano
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
connessi alla meccanica quantistica.
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
Voglio condividere con voi
quelli più interessanti.
quelli più interessanti.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Questo è uno dei fenomeni più noti
nel mondo dei quanti,
nel mondo dei quanti,
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
l'effetto tunnel.
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
La metà di sinistra mostra
la distribuzione a onda
la distribuzione a onda
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
di un'entità quantica, una particella
come un elettrone,
come un elettrone,
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
che non rimbalza contro
il muro come una pallina.
il muro come una pallina.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
È un'onda che ha una certa probabilità
di attraversare
di attraversare
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
un muro, come un fantasma
che passa dall'altra parte.
che passa dall'altra parte.
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
Nella metà di destra potete
vedere un alone luminoso.
vedere un alone luminoso.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
L'effetto tunnel suggerisce
che una particella può colpire una barriera
che una particella può colpire una barriera
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
impenetrabile, e poi,
come per magia,
come per magia,
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
scomparire e riapparire
nel lato opposto.
nel lato opposto.
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
Per capire, diciamo che se vogliamo
lanciare una palla oltre un muro
lanciare una palla oltre un muro
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
dobbiamo darle una spinta sufficiente
perché superi quell'ostacolo.
perché superi quell'ostacolo.
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
Nel mondo dei quanti invece
non dobbiamo lanciarla oltre il muro
non dobbiamo lanciarla oltre il muro
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
ma contro il muro,
e c'è una possibilità non nulla
e c'è una possibilità non nulla
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
che sparisca da quel lato
per riapparire dall'altro.
per riapparire dall'altro.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
Non sono semplici
congetture.
congetture.
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
Siamo contenti - beh, 'contenti'
non è la parola esatta -
non è la parola esatta -
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Risate)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
siamo abituati a tutto ciò.
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Risate)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
L'effetto tunnel si verifica sempre,
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
e spiega perché il Sole brilla.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
Le particelle fondono
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
e il Sole trasforma l'idrogeno in elio
tramite l'effetto tunnel.
tramite l'effetto 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
Negli anni Settanta e Ottanta
si scoprì l'effetto tunnel
si scoprì l'effetto tunnel
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
anche nelle cellule.
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
Gli enzimi, gran lavoratori,
catalizzatori delle reazioni chimiche,
catalizzatori delle reazioni chimiche,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
sono biomolecole che accelerano
le reazioni chimiche nelle cellule
le reazioni chimiche nelle cellule
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
di molti ordini di grandezza.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
Nessuno sa come lo facciano.
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
È stato scoperto
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
che uno dei trucchi
usati dagli enzimi
usati dagli enzimi
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
sta nel trasferire particelle subatomiche,
come elettroni e protoni,
come elettroni e protoni,
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
da una parte all'altra di una molecola
grazie all'effetto tunnel.
grazie all'effetto tunnel.
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
È efficiente, veloce,
può scomparire,
può scomparire,
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
un protone può scomparire
e riapparire in un altro punto.
e riapparire in un altro punto.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
E gli enzimi lo aiutano a farlo.
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
Si tratta di ricerche condotte
negli anni Ottanta,
negli anni Ottanta,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
in particolare da un team
di Berkeley, Judith Klinman.
di Berkeley, Judith Klinman.
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
Oggi arrivano conferme
anche dal Regno Unito:
anche dal Regno Unito:
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
gli enzimi lavorano così.
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Anche il mio team ha condotto ricerche,
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
come vi ho detto
sono un fisico nucleare,
sono un fisico nucleare,
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
ma spesso uso gli strumenti
della meccanica quantistica
della meccanica quantistica
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
per studiare i nuclei degli atomi,
applicandoli ad altre aree di studio.
applicandoli ad altre aree di studio.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
Nel mio team ci chiedevamo
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
se l'effetto tunnel è coinvolto
nelle mutazioni genetiche.
nelle mutazioni genetiche.
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
Lo ripeto, non è un'idea nuova,
risale ai primi anni Sessanta.
risale ai primi anni Sessanta.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
I due filamenti di DNA,
la struttura a doppia elica,
la struttura a doppia elica,
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
sono tenuti insieme da pioli,
è come una scala a chiocciola.
è come una scala a chiocciola.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
Quei pioli sono
legami idrogeno,
legami idrogeno,
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
cioè protoni che fanno da
collante tra i due filamenti.
collante tra i due filamenti.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Con uno zoom vedremmo
che tengo queste grandi molecole,
che tengo queste grandi molecole,
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
i nucleotidi.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Aumentiamo lo zoom.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Ecco una simulazione al computer.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
Le due sfere bianche
centrali sono protoni,
centrali sono protoni,
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
e sono unite da
un doppio legame idrogeno.
un doppio legame idrogeno.
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
Una preferisce stare da un lato,
l'altra dall'altro lato
l'altra dall'altro lato
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
dei due filamenti che scendono,
qui non visibili.
qui non visibili.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Può succedere che i due protoni saltino.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Osservate le sfere bianche.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Possono saltare dall'altra parte.
11:32
If the two strands of DNA then separate,
leading to the process of replication,
leading to the process of replication,
203
680239
5646
Se i due filamenti di DNA si separano
dando inizio al processo di replicazione,
dando inizio al processo di replicazione,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
e i protoni si trovano
nella posizione sbagliata,
nella posizione sbagliata,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
si può avere una mutazione genetica.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Lo sappiamo da una cinquantina d'anni.
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
Il punto è: quante probabilità
ci sono che accada,
ci sono che accada,
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
e se ci sono, come avviene?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
I protoni saltellano,
come le palline oltre il muro?
come le palline oltre il muro?
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
O sfruttano l'effetto tunnel,
pur non avendo abbastanza energia?
pur non avendo abbastanza energia?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
I primi dati fanno pensare
che l'effetto tunnel qui è importante,
che l'effetto tunnel qui è importante,
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
ma non sappiamo ancora
quanto;
quanto;
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
la questione è ancora aperta.
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
È tutto incerto,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
ma è una questione
davvero importante,
davvero importante,
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
se la meccanica quantistica
agisce sulle mutazioni
agisce sulle mutazioni
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
allora avrà un peso notevole
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
nel capire certi tipi di mutazione,
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
forse anche quelle che rendono
cancerogena una cellula.
cancerogena una cellula.
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Altro esempio di meccanica quantistica
in biologia è la coerenza quantistica
in biologia è la coerenza quantistica
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
in uno dei principali
processi biologici,
processi biologici,
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
la fotosintesi: piante e batteri
assorbono luce solare
assorbono luce solare
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
e la usano per creare biomassa.
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
La coerenza quantistica spiega
le entità quantiche multitasking.
le entità quantiche multitasking.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
È lo sciatore quantico.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
È paragonabile a un'onda,
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
quindi non si limita a spostarsi
in una direzione
in una direzione
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
ma può seguire più percorsi
nello stesso istante.
nello stesso istante.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Qualche anno fa una ricerca
scosse la comunità scientifica
scosse la comunità scientifica
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
mostrando con prove sperimentali
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
che la coerenza quantistica si manifesta
all'interno dei batteri
all'interno dei batteri
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
responsabili della fotosintesi.
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
L'idea è che il fotone,
la particella di luce solare,
la particella di luce solare,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
il quanto di luce catturato
da una molecola di clorofilla,
da una molecola di clorofilla,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
venga trasportato al cosiddetto
centro reattivo
centro reattivo
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
dove poi viene trasformato
in energia chimica.
in energia chimica.
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
Nel tragitto
non segue una strada sola;
non segue una strada sola;
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
segue più strade nello stesso momento
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
per arrivare al centro reattivo
nel modo più efficiente,
nel modo più efficiente,
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
senza disperdersi come calore.
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
Coerenza quantistica
all'interno di una cellula.
all'interno di una cellula.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Un'idea straordinaria,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
provata dalla continua pubblicazione
di nuovi studi
di nuovi studi
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
che confermano la sua veridicità.
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
Il mio terzo e ultimo esempio
presenta l'idea più stupefacente.
presenta l'idea più stupefacente.
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
È sempre molto incerta
ma voglio condividerla con voi.
ma voglio condividerla con voi.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
Il pettirosso europeo
migra dalla Scandinavia
migra dalla Scandinavia
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
al Mediterraneo, ogni autunno,
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
e come molti altri insetti
e animali marini
e animali marini
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
si orienta rispetto
al campo magnetico terrestre.
al campo magnetico terrestre.
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
Il campo magnetico terrestre
è molto, molto debole,
è molto, molto debole,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
cento volte più debole
di una calamita da frigo,
di una calamita da frigo,
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
eppure riesce a influenzare
la chimica degli organismi viventi.
la chimica degli organismi viventi.
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Su questo non c'è dubbio: negli anni
Settanta due ornitologi tedeschi,
Settanta due ornitologi tedeschi,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
Wolgang e Roswitha Wiltschko,
confermarono
confermarono
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
che il pettirosso si orienta
perché il campo magnetico terrestre
perché il campo magnetico terrestre
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
gli dà indicazioni sulla direzione,
come una bussola incorporata.
come una bussola incorporata.
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
Il mistero restava capire
come ci riuscisse.
come ci riuscisse.
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
L'unica teoria avanzata,
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
non sappiamo se è la teoria corretta
ma è l'unica,
ma è l'unica,
14:46
is that it does it via something
called quantum entanglement.
called quantum entanglement.
261
874865
2984
sostiene che ciò avviene
tramite l'entanglement quantistico.
tramite l'entanglement quantistico.
14:50
Inside the robin's retina --
262
878567
2374
Nella retina del pettirosso,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
non vi prendo in giro, nella sua retina
c'è il criptocromo,
c'è il criptocromo,
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
una proteina fotosensibile.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
Nel criptocromo una coppia di elettroni
è coinvolta nell'entanglement quantistico.
è coinvolta nell'entanglement quantistico.
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
Si parla di entanglement quantistico
quando due particelle separate
quando due particelle separate
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
rimangono in qualche modo
in contatto tra di loro.
in contatto tra di loro.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
896991
1446
Neppure a Einstein andava giù
questo fatto,
questo fatto,
15:10
he called it "spooky action
at a distance."
at a distance."
269
898461
2039
che definì
"azione spettrale a distanza".
"azione spettrale a distanza".
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Risate)
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
Se non piaceva neanche a Einstein,
noi possiamo stare tranquilli.
noi possiamo stare tranquilli.
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
Due elettroni della stessa molecola
correlati quantisticamente
correlati quantisticamente
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
eseguono una danza
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
che influisce sul volo
degli uccelli
degli uccelli
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
nel campo magnetico terrestre.
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
Non sappiamo se questa
è la spiegazione corretta,
è la spiegazione corretta,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
ma non è fantastico pensare che la
meccanica quantistica orienta gli uccelli?
meccanica quantistica orienta gli uccelli?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
La biologia molecolare sta ancora
muovendo i primi passi.
muovendo i primi passi.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
Richiede ancora molte verifiche.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Ma ha solide basi scientifiche.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Credo che
nei prossimi dieci anni
nei prossimi dieci anni
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
cominceremo a capire quanto
sia fondamentale per la vita,
sia fondamentale per la vita,
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
e che la vita si evolve anche
grazie a stratagemmi quantistici.
grazie a stratagemmi quantistici.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Restate sintonizzati.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Grazie.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Applausi)
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