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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim Al-Khalili: Como a biologia quântica poderá explicar as grandes questões da vida
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Como é que o pisco-de-peito-ruivo sabe voar para sul? A resposta talvez seja mais estranha do que possam pensar: pode envolver física quântica. Jim Al-Khalili sumariza o mundo extremamente novo e extremamente estranho da biologia quântica. Algo que Einstein uma vez chamou de "fantasmagórica ação à distância" poderá ajudar os pássaros a orientarem-se e os efeitos quânticos podem mesmo explicar a própria origem da vida.
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
Gostava de vos apresentar
um campo emergente da ciência,
um campo emergente da ciência,
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
que é ainda especulativo
mas extremamente excitante,
mas extremamente excitante,
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
e que está certamente
a crescer muito depressa.
a crescer muito depressa.
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
A biologia quântica
faz uma pergunta muito simples:
faz uma pergunta muito simples:
"Poderá a mecânica quântica,
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
"essa teoria estranha,
maravilhosa e poderosa
maravilhosa e poderosa
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
"do mundo subatómico,
dos átomos e moléculas
dos átomos e moléculas
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
"que sustenta tanta
da física e química modernas,
da física e química modernas,
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
"poderá ser também importante
dentro de uma célula viva?"
dentro de uma célula viva?"
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
Por outras palavras:
"Haverá processos,
mecanismos, fenómenos
mecanismos, fenómenos
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
"nos organismos vivos
que só possam ser explicados
que só possam ser explicados
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
"com uma ajudinha da mecânica quântica?"
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
A biologia quântica não é nova.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
Já existe desde o início dos anos 30.
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Mas foi só na última década
que experiências cuidadosas,
que experiências cuidadosas,
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
em laboratórios de bioquímica,
usando a espectroscopia,
usando a espectroscopia,
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
mostraram evidência firme e muito clara
de que há certos mecanismos específicos
de que há certos mecanismos específicos
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
que requerem a mecânica quântica
para os explicar.
para os explicar.
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
A biologia quântica junta
físicos quânticos, bioquímicos,
físicos quânticos, bioquímicos,
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
biólogos moleculares
— é um campo muito interdisciplinar.
— é um campo muito interdisciplinar.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Eu venho da física quântica,
por isso sou um físico nuclear.
por isso sou um físico nuclear.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Passei mais de três décadas
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
a tentar compreender
a mecânica quântica.
a mecânica quântica.
Niels Bohr, um dos fundadores
da mecânica quântica, disse:
da mecânica quântica, disse:
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
01:36
said, If you're not astonished by it,
then you haven't understood it.
then you haven't understood it.
24
84404
3350
"Se ela não vos maravilhou,
então é porque não a compreenderam."
então é porque não a compreenderam."
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
Por isso sinto-me feliz por
ainda me sentir maravilhado.
ainda me sentir maravilhado.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Não é mau!
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
Mas isto significa que eu estudo
as mais pequeninas estruturas do universo,
as mais pequeninas estruturas do universo,
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
os blocos construtores da realidade.
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Se pensarmos numa escala de tamanho,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
comecemos com um objeto quotidiano,
como uma bola de ténis,
como uma bola de ténis,
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
e decresçamos por ordem
de tamanho:
de tamanho:
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
do buraco duma agulha para uma célula,
para uma bactéria, para uma enzima,
para uma bactéria, para uma enzima,
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
até acabarem por chegar
ao nano-mundo.
ao nano-mundo.
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Talvez já tenham ouvido falar
de nanotecnologia.
de nanotecnologia.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
Um nanómetro é um milésimo
de milionésimo de um metro.
de milionésimo de um 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
A minha área é o núcleo atómico,
que é um pontinho dentro do átomo.
que é um pontinho dentro do átomo.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
É ainda mais pequeno na escala.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
Este é o domínio da mecânica quântica.
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
Físicos e químicos
têm passado muito tempo
têm passado muito tempo
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
a tentar habituar-se a isso.
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
Acho que os biólogos, no entanto,
se têm saído com mais facilidade.
se têm saído com mais facilidade.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
Estão satisfeitos com os seus modelos
de moléculas com bolinhas e pauzinhos.
de moléculas com bolinhas e pauzinhos.
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
(Risos)
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
As bolas são os átomos,
os pauzinhos as ligações entre eles.
os pauzinhos as ligações entre eles.
E se não conseguem construí-las
fisicamente no laboratório,
fisicamente no laboratório,
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
têm hoje computadores muito potentes
que simulam moléculas enormes.
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
Isto é uma proteína
feita de 100 000 átomos.
feita de 100 000 átomos.
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
Não requer a mecânica
quântica para a explicar.
quântica para a explicar.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
A mecânica quântica
foi desenvolvida nos anos 20.
foi desenvolvida nos anos 20.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
É um conjunto de belas e poderosas
regras e ideias matemáticas,
regras e ideias matemáticas,
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
que explicam o mundo do muito pequeno.
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
É um mundo que é muito diferente
do nosso mundo do dia-a-dia,
do nosso mundo do dia-a-dia,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
feito de biliões de átomos.
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
É um mundo feito de
probabilidades e possibilidades.
probabilidades e possibilidades.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
É um mundo confuso.
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
É um mundo de fantasmas,
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
em que partículas podem também
comportar-se como ondas.
comportar-se como ondas.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Se imaginarmos a mecânica quântica,
ou a física quântica,
ou a física quântica,
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
como os alicerces fundamentais
da própria realidade,
da própria realidade,
então não é surpreendente, se dissermos
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
que a física quântica
sustenta a química orgânica.
sustenta a química orgânica.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Afinal, dá-nos as regras que nos dizem
como é que os átomos se agrupam
para formar moléculas orgânicas.
para formar moléculas orgânicas.
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
Subindo na escala de complexidade,
a química orgânica
a química orgânica
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
dá-nos a biologia molecular,
que obviamente nos leva à vida.
que obviamente nos leva à vida.
Por isso, de certa maneira,
não é surpreendente.
não é surpreendente.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
É quase trivial.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Dizemos: "Bem, claro que, no limite,
a vida depende da mecânica quântica."
a vida depende da mecânica quântica."
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
Mas tudo o resto também.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
Toda a matéria inanimada,
feita de biliões de átomos.
feita de biliões de átomos.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
No limite, há um nível quântico
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
em que temos de aprofundar
esta estranheza.
esta estranheza.
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
Mas na vida do dia-a-dia,
podemos esquecê-la.
podemos esquecê-la.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Porque, quando juntamos
biliões de átomos,
biliões de átomos,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
a estranheza quântica
acaba por se dissolver.
acaba por se dissolver.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
A biologia quântica não é isto.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
A biologia quântica não é assim tão óbvia.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Claro que a vida, a um nível molecular,
se baseia na mecânica quântica.
se baseia na mecânica quântica.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
A biologia quântica
é procurar o não-trivial,
é procurar o não-trivial,
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
as ideias contraintuitivas
da mecânica quântica,
da mecânica quântica,
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
e determinar se, na verdade,
são importantes
são importantes
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
para descrever os processos da vida.
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Este é o meu exemplo perfeito
do contraintuitivo
do contraintuitivo
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
do mundo quântico.
Este é um esquiador quântico.
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
Parece estar intacto, parece
perfeitamente saudável,
perfeitamente saudável,
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
e, ainda assim, parece ter passado
pelos dois lados da árvore ao mesmo tempo.
pelos dois lados da árvore ao mesmo tempo.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
Bem, se vissem trilhos como estes
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
com certeza pensariam
tratar-se de um duplo.
tratar-se de um duplo.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
Mas, no mundo quântico,
isto está sempre a acontecer.
isto está sempre a acontecer.
As partículas são multifacetadas, podem
estar em dois sítios ao mesmo tempo.
estar em dois sítios ao mesmo tempo.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
Podem fazer mais do que uma coisa
ao mesmo tempo.
ao mesmo tempo.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
As partículas podem comportar-se
como ondas que se propagam.
como ondas que se propagam.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
É quase como magia.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Os físicos e os químicos
já há quase um século
já há quase um século
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
que tentam habituar-se a esta maluquice.
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
Não culpo os biólogos
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
por não quererem ou não terem
de aprender mecânica quântica.
de aprender mecânica quântica.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Sabem, este mundo estranho
é muito delicado.
é muito delicado.
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
Nós, físicos, trabalhamos muito para
conseguir estudá-lo nos laboratórios.
conseguir estudá-lo nos laboratórios.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
Arrefecemos os nossos sistemas
quase até ao zero absoluto,
quase até ao zero absoluto,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
fazemos as nossas experiências no vácuo,
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
e tentamos mantê-las isoladas
de qualquer perturbação externa.
de qualquer perturbação externa.
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
O que é muito diferente do ambiente
desarrumado, quente e barulhento
desarrumado, quente e barulhento
de uma célula viva.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
A biologia, se pensarmos
na biologia molecular,
na biologia molecular,
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
parece ter avançado muito na
descrição de todo os processos da vida
descrição de todo os processos da vida
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
em termos químicos, de reações químicas.
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
Estas são reações químicas
reducionistas, determinísticas,
reducionistas, determinísticas,
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
que mostram que, no fundo, a vida
é feita do mesmo que tudo o resto.
é feita do mesmo que tudo o resto.
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
Se podemos esquecer a mecânica
quântica no macromundo,
quântica no macromundo,
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
então devemos poder esquecê-la
também na biologia.
também na biologia.
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Mas houve um homem que
suplicou por uma ideia diferente.
suplicou por uma ideia diferente.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
famoso pelo gato de Schrödinger,
famoso pelo gato de Schrödinger,
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
foi um físico austríaco.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
Foi um dos fundadores da mecânica
quântica nos anos 20.
quântica nos anos 20.
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
Em 1944, escreveu um livro
chamado "O que é a Vida?".
chamado "O que é a Vida?".
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Foi extremamente influente.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Influenciou Francis Crick e James Watson,
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
que descobriram a estrutura em
dupla hélice do ADN.
dupla hélice do ADN.
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
Vou parafrasear
uma descrição no seu livro:
uma descrição no seu livro:
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
"Ao nível molecular, os organismos
vivos têm uma certa ordem,
vivos têm uma certa ordem,
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
"uma estrutura própria
que é muito diferente
que é muito diferente
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
"da aleatoriedade termodinâmica
dos átomos e moléculas
dos átomos e moléculas
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
"em matéria inanimada
da mesma complexidade.
da mesma complexidade.
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
"Na verdade, a matéria viva parece
comportar-se numa ordem, numa estrutura,
comportar-se numa ordem, numa estrutura,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
"semelhante à da matéria inanimada
quando perto do zero absoluto,
quando perto do zero absoluto,
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
"onde os efeitos quânticos desempenham
um papel muito importante.
um papel muito importante.
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
"Há algo de especial nesta estrutura,
nesta ordem,
nesta ordem,
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
"dentro de uma célula viva."
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 especulava que talvez a
mecânica quântica tivesse um papel na vida.
mecânica quântica tivesse um papel na vida.
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
É uma ideia muito especulativa,
de longo alcance,
de longo alcance,
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
mas não chegou muito longe.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
Mas como eu disse no início,
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
nos últimos 10 anos
tem havido experiências
tem havido experiências
a mostrar que alguns dos
fenómenos da biologia
fenómenos da biologia
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
requerem mesmo a mecânica quântica.
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
Quero partilhar convosco apenas
alguns dos mais empolgantes.
alguns dos mais empolgantes.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Este é o fenómeno mais conhecido
do mundo quântico,
do mundo quântico,
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
o efeito túnel.
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
A caixa à esquerda mostra uma
distribuição dispersa, do tipo onda,
distribuição dispersa, do tipo onda,
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
de uma entidade quântica
— uma partícula, como um eletrão,
— uma partícula, como um eletrão,
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
que não é uma pequena bola
a ricochetear na parede.
a ricochetear na parede.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
É uma onda com uma certa probabilidade
de ser capaz de se difundir
de ser capaz de se difundir
através de uma parede sólida, como
um fantasma a passar para o outro lado.
um fantasma a passar para o outro lado.
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
Conseguimos ver uma esbatida
marca de luz na caixa à direita.
marca de luz na caixa à direita.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
O efeito túnel sugere que uma partícula
pode ir contra uma barreira impenetrável
pode ir contra uma barreira impenetrável
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
e, de alguma maneira, como por magia,
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
desaparecer de um lado
e reaparecer do outro lado.
e reaparecer do outro lado.
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
A melhor maneira de vos explicar isto é:
se quiserem que a bola atravesse a parede,
se quiserem que a bola atravesse a parede,
têm de a atirar com energia suficiente
para que ela passe por cima da parede.
para que ela passe por cima da parede.
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
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
No mundo quântico, não precisam
de atirá-la por cima da parede,
de atirá-la por cima da parede,
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
podem atirá-la contra a parede, porque
há uma probabilidade diferente de zero
há uma probabilidade diferente de zero
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
de que ela desapareça no vosso lado
para aparecer no outro.
para aparecer no outro.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
Isto não é especulação, já agora.
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
Estamos contentes — bem,
"contentes" não é a palavra certa...
"contentes" não é a palavra certa...
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Risos)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
... estamos familiarizados com isto.
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Risos)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
O efeito túnel está sempre a acontecer.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
Na verdade, é a razão
por que o sol brilha.
por que o sol brilha.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
As partículas fundem-se
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
e o sol transforma hidrogénio em hélio
a partir do efeito túnel.
a partir do efeito túnel.
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
Nos anos 70 e 80, descobriu-se
que o efeito túnel também acontece
que o efeito túnel também acontece
dentro das células vivas.
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
As enzimas, que são os burros de carga
da vida, catalisam as reações químicas.
da vida, catalisam as reações químicas.
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
As enzimas são biomoléculas que aceleram
as reações químicas dentro das células
as reações químicas dentro das células
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
em muitas, muitas ordens de magnitude.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
E foi sempre um mistério
como é que o fazem.
como é que o fazem.
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
Ora, descobriu-se
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
que um dos truques que as enzimas
evoluíram para utilizar
evoluíram para utilizar
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
é transferir partículas subatómicas,
como os eletrões e até os protões,
como os eletrões e até os protões,
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
de uma parte da molécula para outra,
através do efeito de túnel.
através do efeito de túnel.
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
É eficiente, é rápido e pode desaparecer:
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
um protão pode desaparecer de um sítio
e reaparecer noutro.
e reaparecer noutro.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
As enzimas ajudam a que isto aconteça.
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
Estas experiências foram
realizadas já nos anos 80,
realizadas já nos anos 80,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
mais especificamente pelo grupo
de Judith Klinman, em Berkeley.
de Judith Klinman, em Berkeley.
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
Outros grupos no Reino Unido
vieram agora confirmar
vieram agora confirmar
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
que as enzimas fazem realmente isto.
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
A investigação que o meu grupo faz...
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
Como vos disse, sou um físico nuclear
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
mas apercebi-me de que tenho estas
ferramentas para estudar mecânica quântica
ferramentas para estudar mecânica quântica
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
nos núcleos atómicos e que também posso
aplicar estas ferramentas noutras áreas.
aplicar estas ferramentas noutras áreas.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
Uma das questões que temos
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
é se o efeito túnel é importante
para as mutações no ADN.
para as mutações no 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
E, novamente, esta não é
uma ideia nova, já vem dos anos 60.
uma ideia nova, já vem dos anos 60.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
Na sua estrutura de dupla hélice,
as duas cadeias do ADN
as duas cadeias do ADN
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
mantêm-se ligadas por uns "degraus",
como um escadote torcido.
como um escadote torcido.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
Esses degraus do escadote
são ligações de hidrogénio,
são ligações de hidrogénio,
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
protões que servem de cola
entre as duas cadeias.
entre as duas cadeias.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Se fizermos zoom, o que estão
a fazer é a manter juntas
a fazer é a manter juntas
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
estas grandes moléculas: os nucleótidos.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Um pouco mais de zoom.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Isto é uma simulação por computador.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
As duas bolas brancas no meio são protões.
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
Conseguimos ver
a ligação de hidrogénio dupla.
a ligação de hidrogénio dupla.
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
Uma prefere estar deste lado,
e a outra por trás das duas cadeias,
e a outra por trás das duas cadeias,
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
das linhas verticais que descem,
por isso não a veem.
por isso não a veem.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Pode acontecer que
estes dois protões troquem de lugar.
estes dois protões troquem de lugar.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Observem as duas bolas brancas.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Podem saltar para o outro lado.
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 as duas cadeias de ADN se separarem,
para que se dê o processo de replicação,
para que se dê o processo de replicação,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
e os dois protões estiverem
no sítio errado,
no sítio errado,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
podem originar-se mutações.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Já se sabe isto há meio século.
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
A questão é: quão provável é
que isso aconteça
que isso aconteça
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
e, nesse caso, como é que eles o fazem?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Saltam por cima,
como a bola por cima da parede?
como a bola por cima da parede?
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 podem atravessar por efeito túnel,
mesmo se não tiverem energia suficiente?
mesmo se não tiverem energia suficiente?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Observações preliminares sugerem que
o efeito túnel pode ser importante aqui.
o efeito túnel pode ser importante aqui.
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
Ainda não sabemos quão importante é,
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
ainda é uma pergunta em aberto.
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
É especulativo,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
mas é uma das questões
que são tão importantes.
que são tão importantes.
Se a mecânica quântica está
envolvida nas mutações,
envolvida nas mutações,
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
então claro que isso
terá grandes implicações,
terá grandes implicações,
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
para compreender certos tipos de mutações,
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
talvez mesmo aquelas que podem
tornar uma célula cancerosa.
tornar uma célula cancerosa.
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Outro exemplo da mecânica quântica
em biologia é a coerência quântica,
em biologia é a coerência quântica,
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
num dos mais importantes processos
biológicos: a fotossíntese.
biológicos: a fotossíntese.
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
As plantas e as bactérias
captam a energia solar
captam a energia solar
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
e usam essa energia
para criar biomassa.
para criar biomassa.
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
A coerência quântica é a ideia de
entidades quânticas multitarefas.
entidades quânticas multitarefas.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
É o esquiador quântico.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
É um objeto que se comporta como uma 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
e por isso não se movimenta só
numa ou noutra direção,
numa ou noutra direção,
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
mas pode seguir múltiplos
caminhos ao mesmo tempo.
caminhos ao mesmo tempo.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Há uns anos, a comunidade
científica ficou chocada
científica ficou chocada
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
com a publicação de um artigo
que mostrava evidência experimental
que mostrava evidência experimental
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
de que a coerência quântica
acontece dentro de uma bactéria,
acontece dentro de uma bactéria,
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
permitindo a fotossíntese.
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
A ideia é que o fotão,
a partícula da luz, da luz solar,
a partícula da luz, da luz solar,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
a luz quântica capturada
pela molécula de clorofila,
pela molécula de clorofila,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
é depois transferida para
o chamado centro de reação,
o chamado centro de reação,
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
onde será transformada
em energia química.
em energia química.
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
E, para lá chegar,
não segue apenas um caminho,
não segue apenas um caminho,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
segue vários ao mesmo tempo,
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
para otimizar a maneira mais eficiente
de chegar ao centro de reação
de chegar ao centro de reação
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
sem desperdiçar energia em calor.
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
A coerência quântica a acontecer
dentro de uma célula viva.
dentro de uma célula viva.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Uma ideia marcante
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
e que continua a acumular evidências,
com novos artigos a sair semanalmente,
com novos artigos a sair semanalmente,
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
confirmando que está mesmo a acontecer.
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
O meu terceiro e último exemplo
é a mais bonita e maravilhosa ideia.
é a mais bonita e maravilhosa ideia.
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
Também é muito especulativa,
mas tenho de a partilhar convosco.
mas tenho de a partilhar convosco.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
O pisco-de-peito-ruivo
migra da Escandinávia
migra da Escandinávia
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
até ao Mediterrâneo
todos os outonos
todos os outonos
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
e, tal como muitos animais
marinhos e até insetos,
marinhos e até insetos,
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
orienta-se por deteção do
campo magnético da Terra.
campo magnético da Terra.
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
Mas o campo magnético da Terra
é muito, muito fraco,
é muito, muito fraco,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
100 vezes mais fraco do que
o de um íman de frigorífico,
o de um íman de frigorífico,
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
e ainda assim, de alguma maneira, afeta
a química de um organismo vivo.
a química de um organismo vivo.
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
E não há dúvidas disso.
Um casal de ornitólogos alemães,
Wolfgang e Roswitha Wiltschko,
Wolfgang e Roswitha Wiltschko,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
no anos 70, confirmaram que, de facto,
o pisco-de-peito-ruivo encontra o caminho
o pisco-de-peito-ruivo encontra o caminho
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
guiando-se pelo campo magnético da Terra,
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
que lhe dá informação direcional
— tem uma bússola incorporada.
— tem uma bússola incorporada.
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
O puzzle, o mistério, era:
como é que se faz isso?
como é que se faz isso?
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
Bem, a única teoria que existe
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
— não sabemos se a teoria é correta,
mas é a única que existe —
mas é a única que existe —
é que o faz através de algo chamado
emaranhamento quântico.
emaranhamento quântico.
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
Dentro da retina do pisco
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
— não estou a brincar! —
há uma proteína chamada criptocromo
há uma proteína chamada criptocromo
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
que é sensível à luz.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
Dentro do criptocromo, há um par
de eletrões quanticamente emaranhados.
de eletrões quanticamente emaranhados.
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
Emaranhamento químico é
quando duas partículas estão à distância
quando duas partículas estão à distância
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
mas, de alguma maneira,
permanecem ligadas uma à outra.
permanecem ligadas uma à outra.
Até Einstein detestava esta ideia:
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
chamava-lhe "ação fantasma à distância".
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Risos)
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 nem Einstein gostava dela,
então podemos estar todos à vontade.
então podemos estar todos à vontade.
Dois eletrões quanticamente
emaranhados dentro da mesma molécula
emaranhados dentro da mesma molécula
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
dançam uma dança delicada
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
que é muito sensível à direção
em que o pássaro voa
em que o pássaro voa
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
relativamente ao campo magnético da Terra.
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
Não sabemos se é essa a explicação,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
mas não seria espetacular
se a mecânica quântica ajudasse
os pássaros a orientarem-se?
os pássaros a orientarem-se?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
A biologia quântica
ainda está na sua infância.
ainda está na sua infância.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
Ainda é especulativa.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Mas acredito que é construída
sobre ciência sólida.
sobre ciência sólida.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Também penso que na próxima década
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
vamos começar a ver que, na verdade,
ela impregna a vida,
ela impregna a vida,
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
que a vida desenvolveu truques
que utilizam o mundo quântico.
que utilizam o mundo quântico.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Mantenham-se atentos.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Obrigado.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Aplausos)
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