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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
ジム・アルカリリ: 量子生物学は生命の最大の謎を解明するか？
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コマドリはどうやって南方へと渡っていくのでしょうか？その答えはあなたの想像以上に奇妙かもしれません。量子力学が関わっているのです。ジム・アルカリリはとても新しくかつ奇妙な分野である量子生物学に関する話をまとめました。アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだ量子力学的作用が渡り鳥の飛行を助けたり、様々な量子効果が生物の起源そのものについても説明し得るのではないかと語ります。
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
最近注目されるようになってきた
科学の一分野を紹介したいと思います
科学の一分野を紹介したいと思います
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
それはとても興味深い分野です
まだ確立はしていないものの
まだ確立はしていないものの
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
この分野は確実にそして
急速に進歩しています
急速に進歩しています
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
量子生物学の問いかけは
とてもシンプルです
とてもシンプルです
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
量子力学は ―
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
奇妙ながら素晴らしく
かつ強力な理論であり
かつ強力な理論であり
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
原子や分子を構成する
亜原子の世界を記述し
亜原子の世界を記述し
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
現代物理学や化学の
土台となっていますが ―
土台となっていますが ―
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
この理論が生物の細胞においても
重要な働きがあるのか という問いです
重要な働きがあるのか という問いです
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
別の言葉でいえば
量子力学によってのみ説明し得るような
量子力学によってのみ説明し得るような
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
生物におけるプロセス、機構
現象といったものが
現象といったものが
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
あるのだろうか という問いかけです
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
さて 量子生物学は
新しい学問ではありません
新しい学問ではありません
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
1930年代の前半頃に登場しました
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
しかし ここ十年程になって
生化学の実験室において
生化学の実験室において
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
分光学的な手法によって
精密な実験が行われ
精密な実験が行われ
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
量子力学によってのみ説明可能な
生体におけるある種の仕組みがあるという
生体におけるある種の仕組みがあるという
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
とても明確で確固たる証拠が得られました
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
量子生物学の分野においては
量子物理学者、生化学者
量子物理学者、生化学者
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
分子生物学者が
密に協力して研究が進められています
密に協力して研究が進められています
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
私は量子力学者
つまり核物理学を専門としています
つまり核物理学を専門としています
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
30年以上の間
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
量子力学について
思考を巡らせてきました
思考を巡らせてきました
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
量子力学の創始者の一人
ニールス・ボーアは言っています
ニールス・ボーアは言っています
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
「驚きを感じないようであれば
この理論は理解できていない」 と
この理論は理解できていない」 と
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
私は今でも驚きを感じていますから
ある意味満足しています
ある意味満足しています
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
これは良いことです
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
さて私は物体を構成する基本ブロック―
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
宇宙における最小構造を研究しています
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
そのスケールとはこんな感じです
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
日常的なテニスボールから始め－
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
何桁も小さなものを見ていきます
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
針穴、細胞、バクテリア
そして酵素へとさかのぼり
そして酵素へとさかのぼり
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
やがてナノの世界に辿りつきます
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
ナノテクノロジーという言葉を
耳にしたこともあるでしょう
耳にしたこともあるでしょう
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
ナノメートルとは１メートルの十億分の１です
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
私の専門分野は原子核に関するもので
それは原子の中ではほんの一点に過ぎず
それは原子の中ではほんの一点に過ぎず
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
もっと小さなスケールです
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
これが量子力学のカバーする領域であり
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
物理学者や化学者が理解を深めようと
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
努めてきた分野です
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
一方 生物学者はこの分野からは
少し距離を置いていたと思います
少し距離を置いていたと思います
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
球と棒からなる分子模型に
十分満足していますから
十分満足していますから
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
(笑)
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
球は原子を
棒は原子間の結合を表しています
棒は原子間の結合を表しています
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
実験室で物理的に
こういうものが作れなくても
こういうものが作れなくても
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
今ではパワフルなコンピューターによって
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
巨大な分子のシミュレーションが可能です
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
これは十万個の原子からなるタンパク質です
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
これを理解するのに
量子力学はほとんど必要としません
量子力学はほとんど必要としません
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
量子力学は1920年代に生まれました
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
一連の美しく かつパワフルな
数学的な規則と概念によって
数学的な規則と概念によって
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
とても微小な世界を説明します
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
何兆もの原子からなるような
日常の世界とは
日常の世界とは
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
かけ離れています
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
確率と偶然が支配する
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
ファジーな世界です
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
まるで幻影を見ているようであり
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
そこでは粒子は
広がりを持った波としても振舞います
広がりを持った波としても振舞います
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
量子力学 もしくは量子物理学が
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
現実の世界の基本原理と考えるのならば
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
有機化学にも量子物理学の
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
影響があると考えても
不思議ではありません
不思議ではありません
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
つまるところ この理論によって
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
原子が一体となり有機分子が形成される
規則が説明されます
規則が説明されます
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
有機化学は複雑さが増すことによって
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
分子生物学となり そしてもちろん
生命そのものにつながります
生命そのものにつながります
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
これが想定内だと言える理由です
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
そんな説明では不十分です
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
「もちろん とことん遡って行けば
生命の仕組みだって量子力学に依存するはずさ」
生命の仕組みだって量子力学に依存するはずさ」
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
そんな理屈では
何ごとにも当てはまってしまいます
何ごとにも当てはまってしまいます
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
無生物は何兆もの原子からなっています
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
究極的には
奇妙な現象を考えなければならない
奇妙な現象を考えなければならない
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
量子のレベルにたどり着くことになります
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
しかし 日常的な世界では
忘れても構いません
忘れても構いません
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
なぜなら何兆という原子が一緒になると
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
量子的な奇妙さは
消し飛んでしまうからです
消し飛んでしまうからです
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
でも量子生物学ではどうでしょうか
量子生物学はこの点について
明らかではありません
明らかではありません
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
もちろん 生命をある分子のレベルで見れば
そこには量子力学の仕組みがあります
そこには量子力学の仕組みがあります
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
量子生物学とは
量子力学特有の
量子力学特有の
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
直観に反するような作用が
露わになっていないか もしくは
露わになっていないか もしくは
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
生物の各過程を説明する上で
実際に重要な役割を
実際に重要な役割を
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
果たしていないかを
探し求める学問です
探し求める学問です
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
量子の世界における
直観に反する概念を説明する
直観に反する概念を説明する
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
好例をお見せします
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
量子スキーヤーがいます
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
彼は全く正常で
完全に健康であるようです
完全に健康であるようです
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
しかしながら木の両側を
同時に滑り抜けていくように見えます
同時に滑り抜けていくように見えます
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
こんなシュプールを見たら
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
きっと離れ技だと思うでしょう
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
しかし こんなことが
量子の世界では始終起きています
量子の世界では始終起きています
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
粒子は同時に２か所に存在し
多重に振る舞うことが可能です
多重に振る舞うことが可能です
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
同時に２つ以上のことが
できるのです
できるのです
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
粒子は広がりのある
波のように振る舞うこともできます
波のように振る舞うこともできます
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
これはまるで魔法のようです
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
物理学者や化学者が
この奇妙さを理解しようと
この奇妙さを理解しようと
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
ほぼ１世紀近く 努力してきました
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
生物学者が量子力学を鑑みず
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
学ぼうとしなかったことを
非難するつもりはありません
非難するつもりはありません
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
この奇妙な現象はとても繊細で
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
物理学者は 実験室でその状態を保つことに
多大な努力を払ってきました
多大な努力を払ってきました
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
装置を絶対零度近くに冷却し
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
真空状態で実験を行い
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
隔離して 外部からの影響を
受けないように試みます
受けないように試みます
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
生細胞の中の 暖かく 無秩序で
ノイズの多い環境とはとても異なっています
ノイズの多い環境とはとても異なっています
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
生物学 ― 分子生物学について言えば
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
化学の言葉 つまり化学的な作用によって
あらゆる生命の仕組みを
あらゆる生命の仕組みを
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
とても上手く説明してきたと言えるでしょう
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
それは 還元主義的で 決定論的な
化学反応論でした
化学反応論でした
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
生命も本質的には他の物と
同様な集合体であり
同様な集合体であり
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
巨視的な世界では量子力学的な効果は
無視できるのだとすれば
無視できるのだとすれば
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
生物学においても無視できるに
違いありません
違いありません
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
しかし ここに異を唱えた人物がいます
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
その人とは『シュレーディンガーの猫』で有名な
オーストリアの物理学者
オーストリアの物理学者
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
エルヴィン・シュレーディンガーです
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
彼は1920年代における
量子力学の創始者の一人です
量子力学の創始者の一人です
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
1944年に『生命とは何か？』
という本を執筆しました
という本を執筆しました
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
とても影響力のある本であり
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
DNAの２重らせん構造を発見した
フランシス・クリックや
フランシス・クリックや
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
ジェームズ・ワトソンも
影響を受けました
影響を受けました
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
この本で彼は次の様なことを
述べています
述べています
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
「分子のレベルにおいて生物は
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
ある程度の秩序と構造を有している
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
これは同程度の複雑さを持った
無生物における
無生物における
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
原子や分子の 熱力学的な無秩序で
激しい動きとはとても異なっている」
激しい動きとはとても異なっている」
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
事実 生物は
無生物が絶対零度近くに冷却され
無生物が絶対零度近くに冷却され
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
量子力学的効果が
顕著になったときの様に
顕著になったときの様に
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
秩序や構造があるように
振る舞うように見えます
振る舞うように見えます
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
生細胞には構造 つまり
秩序があるという
秩序があるという
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
特徴があるのです
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
そこで シュレーディンガーは 量子力学が生物に
一定の役割を果たしていると推測したのです
一定の役割を果たしていると推測したのです
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
それは不確かで遠大な構想であり
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
ほとんど発展を見ませんでした
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
しかし 最初にお話したように
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
ここ十年において
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
量子力学による説明を必要とするような
いくつもの生物学的な現象が
いくつもの生物学的な現象が
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
実験によって明らかになってきました
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
その中でも 特にワクワクするようなものを
ご紹介したいと思います
ご紹介したいと思います
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
量子力学の世界で
良く知られる現象の一つに
良く知られる現象の一つに
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
量子トンネル効果があります
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
左側の箱には電子のような粒子があり
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
量子力学的な性質によって
広がりをもった波として振舞っており
広がりをもった波として振舞っており
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
壁で跳ね返される小球とは異なっています
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
この波はある一定の確率で
硬い壁を通り抜けることが出来ます
硬い壁を通り抜けることが出来ます
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
まるで反対側へとすりぬける
幽霊のようです
幽霊のようです
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
右側の箱にちょっとした
光のしみが見えるでしょう
光のしみが見えるでしょう
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
量子トンネル効果とは
粒子が通り抜け不可能な障害物に当たっても
粒子が通り抜け不可能な障害物に当たっても
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
まるで魔法の様に なぜか
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
一方から消え
反対側に現れることです
反対側に現れることです
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
分りやすい例をあげます
壁の反対側へとボールを投げる時
壁の反対側へとボールを投げる時
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
壁を越え得るような十分なエネルギーを
与えなければなりません
与えなければなりません
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
しかし量子力学の世界では
壁の上を越えようとしなくてもよく
壁の上を越えようとしなくてもよく
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
ただ壁に向かって投げれば
ゼロではないある確率で
ゼロではないある確率で
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
一方から消え
反対側に現れるのです
反対側に現れるのです
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
これは憶測ではありません
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
我々量子物理学者はハッピーです
いや “ハッピー”はまずいですね
いや “ハッピー”はまずいですね
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(笑)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
我々はこの現象を良く理解しています
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(笑)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
量子トンネル効果は
いつだって起きています
いつだって起きています
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
実際 太陽が輝いているのも
そのお陰です
そのお陰です
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
粒子の核融合反応において
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
太陽は量子トンネル効果によって
水素原子をヘリウム原子に変えます
水素原子をヘリウム原子に変えます
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
70年代から80年代にかけて
量子トンネル効果が生細胞で起きていることが
量子トンネル効果が生細胞で起きていることが
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
発見されています
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
生命における働き者の酵素 ―
これは化学反応における触媒のことで ―
これは化学反応における触媒のことで ―
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
生細胞における化学反応の速度を
何ケタも加速させる
何ケタも加速させる
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
生体分子です
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
その仕組みは
いつだって謎めいていますが
いつだって謎めいていますが
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
あることが発見されました
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
酵素がその働きを獲得した
１つのトリックは
１つのトリックは
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
電子や さらに陽子などの亜原子を
量子トンネル効果によって
量子トンネル効果によって
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
ある分子から別の分子へと
移動させることです
移動させることです
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
それは効果的で すばやく
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
陽子は一方から消失し
反対側に再び現れます
反対側に再び現れます
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
酵素はこの現象を起こし易くします
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
このような研究は80年代に
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
特にバークレー校のジュディス・クリンマンが
率いるグループによって進められました
率いるグループによって進められました
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
英国の別のグループが
酵素のこの現象を
酵素のこの現象を
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
再検証しています
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
私のチームも研究を進めていますが ―
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
先ほど申し上げたように
私は核物理学者ですが ―
私は核物理学者ですが ―
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
原子核を探求するための
量子力学の手法を
量子力学の手法を
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
他の分野にも応用できることに
気が付きました
気が付きました
10:35
One question we asked
185
623404
1810
１つの疑問は
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
DNAの突然変異に量子トンネル効果が
関与しているのかということです
関与しているのかということです
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
これも新しいアイデアではなく
60年代前半に遡ります
60年代前半に遡ります
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
２重らせん構造をもった
２本のDNAが
２本のDNAが
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
横木によって結び付ついています
捩じられた梯子のようです
捩じられた梯子のようです
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
この梯子の横木に当たる部分が
水素結合であり
水素結合であり
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
陽子が２本のひも状のDNAを
結びつける役割を果たしています
結びつける役割を果たしています
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
もっと拡大してみてみると
これらは大型の分子ヌクレオチドを
これらは大型の分子ヌクレオチドを
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
結びつけていることが分ります
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
さらに拡大すると ―
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
コンピュータによる
シミュレーション画像ですが
シミュレーション画像ですが
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
中央にある２つの白いボールが
陽子(水素の原子核)を表しており
陽子(水素の原子核)を表しており
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
２対の水素結合がご覧になれます
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
２つの陽子がそれぞれ
ここでは示されていない
ここでは示されていない
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
縦に伸びた２つのひもの左右の
何れかに分かれて位置しようとします
何れかに分かれて位置しようとします
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
この２つの陽子が
飛び跳ねることがあります
飛び跳ねることがあります
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
２つの白いボールをご覧下さい
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
それぞれが反対側に
飛び移ることが可能です
飛び移ることが可能です
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
この時 ２本のDNAが分離し
複製が行われると
複製が行われると
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
２つの陽子は誤った配置となり
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
突然変異が起こります
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
これは半世紀前から知られていたことです
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
疑問が生じます―
これはどの位の頻度で起こるのか
これはどの位の頻度で起こるのか
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
そしてその仕組みは？
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
ボールが壁を超えるときのように
ジャンプするのか？
ジャンプするのか？
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
それとも 量子トンネル効果のように
十分なエネルギーがなくても起こるのか？
十分なエネルギーがなくても起こるのか？
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
初期の研究結果によると
量子トンネル効果が起きているようです
量子トンネル効果が起きているようです
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
その重要度については
まだ理解が進んでおらず
まだ理解が進んでおらず
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
未解決の問題です
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
推測の域にあります
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
これは重要な未解決問題の一つであり
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
量子力学が突然変異に
関わっているとすれば
関わっているとすれば
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
特定のタイプの突然変異を理解する上で
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
とても重要な意味を持つことは確実です
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
もしかすると 細胞のがん化を
引き起こしているのかもしれません
引き起こしているのかもしれません
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
量子生物学における別の例は
量子コヒーレンスで
量子コヒーレンスで
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
生物学において
もっとも重要な過程の一つです
もっとも重要な過程の一つです
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
光合成によって
植物やバクテリアが太陽光を吸収し
植物やバクテリアが太陽光を吸収し
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
そのエネルギーを使って
生体を作り上げます
生体を作り上げます
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
量子コヒーレンスとは 量子的なものが
同時に複数の振る舞いをすることです
同時に複数の振る舞いをすることです
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
量子スキーヤーのことです
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
物体が波のように振る舞うので
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
どちらか一方向だけに動くのではなく
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
同時に複数の経路を通って
移動することができます
移動することができます
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
数年前にある実験結果を示す論文が
発表されたとき
発表されたとき
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
学会は震撼しました
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
バクテリア内部の光合成で
量子コヒーレンスが起きていることが
量子コヒーレンスが起きていることが
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
示されたのです
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
こういうことです 太陽光としての
光子つまり光の粒子 もしくは
光子つまり光の粒子 もしくは
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
光の量子がクロロフィル分子によって
吸収され
吸収され
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
反応中心と呼ばれる場所に
送り届けられ
送り届けられ
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
そこで化学エネルギーへと転じます
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
そこに至るまでに
単一の経路を通るのではなく
単一の経路を通るのではなく
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
同時に複数の経路を通ることによって
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
熱放散されることなく
最も効率の良い方法で
最も効率の良い方法で
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
反応中心へとたどり着くのです
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
量子コヒーレンスが生物の細胞の中でも
起きているのです
起きているのです
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
素晴らしい考えです
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
この現象が確かに起きていることを示す
新たな論文が提出されており
新たな論文が提出されており
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
ほぼ毎週のように証拠が
積み重ねられています
積み重ねられています
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
３つ目 これが最後の例になりますが
最も美しく素晴らしいアイデアです
最も美しく素晴らしいアイデアです
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
これも未だ推論の域にありますが
是非ともご紹介したいと思います
是非ともご紹介したいと思います
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
ヨーロッパコマドリは毎秋
スカンジナビアから
スカンジナビアから
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
地中海沿岸に渡ります
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
他の海に棲む動物
さらには昆虫と同じく
さらには昆虫と同じく
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
地球の磁場を感じながら
渡る方向を探ります
渡る方向を探ります
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
とはいっても 地球の磁場は
とてもとても微弱で
とてもとても微弱で
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
冷蔵庫の扉に張り付ける磁石の
100分の１程度です
100分の１程度です
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
それでも生物の中で
化学的な作用を及ぼします
化学的な作用を及ぼします
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
これには疑いの余地がありません
事実 ドイツの鳥類学者
事実 ドイツの鳥類学者
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
ウルフガング、ロズウィサ・ヴィルトシュコ夫妻は
1970年代に
1970年代に
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
コマドリが何らかの方法で地球の磁場を
感じることにより
感じることにより
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
方角を知るのだということを確認しました
まるで体内方位磁針のようです
まるで体内方位磁針のようです
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
これは謎めいていました
その仕組みは？
その仕組みは？
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
知りうる限り
考えられる理論は一つです
考えられる理論は一つです
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
その正否は分りませんが
唯一考えられるのは
唯一考えられるのは
14:46
is that it does it via something
called quantum entanglement.
called quantum entanglement.
261
874865
2984
「量子もつれ」といわれる現象です
14:50
Inside the robin's retina --
262
878567
2374
コマドリの網膜の中には ―
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
冗談を言っている訳ではありません―
クリプトクロムという光に敏感に反応する
クリプトクロムという光に敏感に反応する
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
タンパク質があります
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
クリプトクロムの中で一対の電子が
量子もつれを起こしているのです
量子もつれを起こしているのです
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
量子もつれとは
２つの粒子が遠く離れていても
２つの粒子が遠く離れていても
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
何らかの方法で互いに影響を
及ぼしあうことで
及ぼしあうことで
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
896991
1446
アインシュタインでさえも
この考えを嫌い
この考えを嫌い
15:10
he called it "spooky action
at a distance."
at a distance."
269
898461
2039
「不気味な遠隔操作」と
言い放ちました
言い放ちました
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(笑)
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
アインシュタインが気に入らぬことには
不安が残ります
不安が残ります
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
単一の分子内の
量子もつれの状態にある２つの電子は
量子もつれの状態にある２つの電子は
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
繊細なダンスを演じます
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
地球の磁場の影響下
鳥が飛行する方向に対し
鳥が飛行する方向に対し
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
とても敏感に影響を受けます
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
これが正しい説明となるかは
定かではありませんが
定かではありませんが
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
量子力学的な作用が鳥の飛行に
一役買っているなんて凄いと思いませんか？
一役買っているなんて凄いと思いませんか？
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
量子生物学はまだ揺籃期にあります
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
まだ推測の域にあります
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
それでも確固たる科学的な手法で
築き上げられていると信じています
築き上げられていると信じています
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
今後十年程度の内に
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
量子力学的効果が生物内に
広く作用していて
広く作用していて
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
生物はそのおかげで 進化したのだと
判明するものと私は考えています
判明するものと私は考えています
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
この分野にご注目ください
16:01
Thank you.
285
949478
1157
どうも有難うございました
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(拍手)
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