TEDGlobalLondon
Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Jim Al-Khalili: Hur kvantbiologi skulle kunna besvara livets största frågor
Filmed:
Readability: 4.9
2,255,707 views
Hur vet en rödhake hur den ska flyga söderut? Svaret kan kanske vara konstigare än du tror: Kvantfysik kan vara inblandad. Jim Al-Khalili summerar den extremt nya, extremt konstiga kvantbiologiska världen, där något som Einstein en gång kallade "kuslig påverkan på avstånd" hjälper fåglar att navigera, och kvantmekanikens effekter kan kanske förklara själva ursprunget till livet.
Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
I'd like to introduce you
to an emerging area of science,
to an emerging area of science,
0
1190
4528
Jag vill introducera er för
ett framväxande område inom vetenskapen,
ett framväxande område inom vetenskapen,
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
ett som fortfarande är spekulativt
men enormt spännande,
men enormt spännande,
och absolut ett som växer mycket snabbt.
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
Kvantbiologin ställer
en mycket enkel fråga:
en mycket enkel fråga:
Om kvantmekaniken,
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
denna märkliga och fantastiska
och kraftfulla teori
och kraftfulla teori
om den subatomära världen
av atomer och molekyler
av atomer och molekyler
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
som ligger till grund för så mycket
av modern fysik och kemi
av modern fysik och kemi
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
även har en uppgift
inuti de levande cellerna?
inuti de levande cellerna?
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
Med andra ord: finns det processer,
mekanismer, fenomen
mekanismer, fenomen
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
i levande organismer
som endast kan förklaras
som endast kan förklaras
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
med hjälp av kvantmekaniken?
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
Visst, kvantbiologin är inte ny;
den har funnits sedan tidigt 30-tal.
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Men det är endast under det senaste
decenniet som noggranna experiment
decenniet som noggranna experiment
på biokemiska laboratorier,
med hjälp av spektroskopi
med hjälp av spektroskopi
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
tydligt har visat säkra bevis på att
där finns vissa specifika mekanismer
där finns vissa specifika mekanismer
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
där kvantmekaniken behövs
för att förklara dem.
för att förklara dem.
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
Kvantbiologi för samman
kvantfysiker, biokemister,
kvantfysiker, biokemister,
molekylärbiologer - det är ett väldigt
ämnesöverskridande område.
ämnesöverskridande område.
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Jag kommer från kvantfysiken,
jag är kärnfysiker.
jag är kärnfysiker.
Jag har ägnat mer än tre årtionden
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
med att söka förståelse om kvantmekanik.
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
En av grundarna
till kvantmekaniken, Niels Bohr,
till kvantmekaniken, Niels Bohr,
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
sa: om du inte förbluffas av det,
så har du inte förstått det.
så har du inte förstått det.
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
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
Så jag är faktiskt glad över
att jag fortfarande förbluffas.
att jag fortfarande förbluffas.
Det är härligt.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Det innebär att jag studerar de absolut
minsta strukturerna i universum,
minsta strukturerna i universum,
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
verklighetens byggblock.
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
Om vi tänker oss en storleksskala
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
som utgår från ett vardagligt föremål
som en tennisboll
som en tennisboll
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
och går ner i storleksordning
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
från ett nålsöga ner till en cell,
ner till en bakterie, ner till ett enzym
ner till en bakterie, ner till ett enzym
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
kommer man så småningom
ner till nanovärlden.
ner till nanovärlden.
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Nanoteknik är säkert en term
som du hört talas om.
som du hört talas om.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
En nanometer är en miljarddels meter.
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
Mitt område är atomkärnan
som är den lilla pricken inuti en atom.
som är den lilla pricken inuti en atom.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
Den är till och med ännu mindre.
Detta är kvantmekanikens domän,
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
och fysiker och kemister
har haft gott om tid
har haft gott om tid
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
att vänja sig vid det.
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
Biologer har å andra sidan klarat sig
lindrigt undan, som jag ser det.
lindrigt undan, som jag ser det.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
De är nöjda med sina molekylmodeller
med kulor och pinnar.
med kulor och pinnar.
(Skratt)
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
Kulorna är atomer, pinnarna är
bindningarna mellan atomerna.
bindningarna mellan atomerna.
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
Och när de inte kan bygga dem
fysiskt i labbet,
fysiskt i labbet,
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
kan de idag ta till kraftfulla datorer
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
som simulerar en väldigt stor molekyl.
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
Detta är ett protein som byggs upp
av 100 000 atomer.
av 100 000 atomer.
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
Det behövs inte så mycket
kvantmekanik för att förklara det.
kvantmekanik för att förklara det.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
Kvantmekaniken utvecklades på 1920-talet.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
Det är en uppsättning av vackra
och kraftfulla matematiska lagar och idéer
och kraftfulla matematiska lagar och idéer
som förklarar den minsta av världar.
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
Och det är en värld som är väldigt olik
den vanliga världen,
den vanliga världen,
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
bestående av biljontals atomer.
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
Det är en värld som är byggd på
sannolikheter och slumpen.
sannolikheter och slumpen.
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
Det är en diffus värld.
Det är en värld av spöken,
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
där partiklar också kan uppföra sig
som vågor som sprids.
som vågor som sprids.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Om vi tänker oss kvantmekanik
eller kvantfysik,
eller kvantfysik,
som grunden för själva verkligheten,
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
då är det inte konstigt att vi säger
att kvantfysik
att kvantfysik
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
är grunden till den organiska kemin.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Den ger ju oss de regler som beskriver
hur atomer passar ihop
för att bilda organiska molekyler.
för att bilda organiska molekyler.
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
Organisk kemi som skalas upp
i komplexitet,
i komplexitet,
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
ger oss molekylärbiologi,
som ger upphov till själva livet.
som ger upphov till själva livet.
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Så på ett sätt är det inte förvånande.
Det är nästan trivialt.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Ni säger, "Ja, självklart är livet
ytterst beroende av kvantmekanik."
ytterst beroende av kvantmekanik."
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
Men det är ju allting annat också.
Det är all livlös materia,
som består av biljoner atomer.
som består av biljoner atomer.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
Ytterst finns det en kvantnivå
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
där vi måste ta tag i dessa konstigheter.
Men i det dagliga livet
kan vi strunta i det.
kan vi strunta i det.
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Eftersom då du väl har satt ihop
biljontals atomer,
biljontals atomer,
kommer de konstiga kvantgrejerna
att bli oviktiga.
att bli oviktiga.
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
Kvantbiologi handlar inte om detta.
Kvantbiologin är inte det här uppenbara.
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
Naturligtvis ligger kvantmekaniken
till grund för livet på molekylärnivå.
till grund för livet på molekylärnivå.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
Kvantbiologi söker efter
det som inte är trivialt,
det som inte är trivialt,
de bakvända idéerna i kvantmekaniken,
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
och för att se om de faktiskt
spelar en viktig roll
spelar en viktig roll
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
i beskrivningen av livsprocesserna.
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Här är mitt perfekta exempel på bakvändhet
i kvantvärlden.
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
Här är en kvantskidåkare.
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
Han verkar vara intakt,
han verkar vara helt frisk.
han verkar vara helt frisk.
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
men ändå ser det ut som om han har
rundat trädet på båda sidor på en gång.
rundat trädet på båda sidor på en gång.
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
Om du såg spår som detta,
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
skulle du förstås tro
att det var ett trick.
att det var ett trick.
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
Men i kvantvärlden
händer detta hela tiden.
händer detta hela tiden.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
Partiklar kan multitaska
och vara på två ställen samtidigt
och vara på två ställen samtidigt
De kan göra mer än en sak samtidigt.
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
Partiklar kan bete sig som spridda vågor.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
Det är nästan magiskt.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Fysiker och kemister har haft
nästan ett århundrade
nästan ett århundrade
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
med att försöka vänja sig
vid dessa konstigheter.
vid dessa konstigheter.
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
Jag förstår att biologerna
varken behöver eller vill
lära sig kvantmekanik.
lära sig kvantmekanik.
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
De här konstigheterna är mycket känsliga,
och vi fysiker jobbar hårt för att
kunna ha dem i våra labb.
kunna ha dem i våra labb.
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
Vi kyler ner våra system
till nära absoluta nollpunkten,
till nära absoluta nollpunkten,
vi utför våra experiment i vaakum,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
vi försöker isolera dem
från alla yttre störningar.
från alla yttre störningar.
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
05:55
That's very different from the warm,
messy, noisy environment of a living cell.
messy, noisy environment of a living cell.
105
343602
5078
Helt skilt från den varma, stökiga,
högljudda miljön i en levande cell.
högljudda miljön i en levande cell.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
Biologin, om du tänker på
molekylärbiologi,
molekylärbiologi,
verkar ha klarat sig bra med att
beskriva alla livets processer
beskriva alla livets processer
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
med kemiska termer, kemiska reaktioner.
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
Och detta är reduktionistiska,
determiniska kemiska reaktioner,
determiniska kemiska reaktioner,
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
som visar att livet är uppbyggt
av samma saker som allting annat,
av samma saker som allting annat,
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
och om vi kan strunta i
kvantmekaniken i makrovärlden,
kvantmekaniken i makrovärlden,
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
så borde vi kunna strunta i den
inom biologin också.
inom biologin också.
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Men en man såg annorlunda på saken.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Erwin Schrödinger,
med sin berömda Schrödingers katt,
med sin berömda Schrödingers katt,
var en österrikisk fysiker.
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
Han var en av grundarna
av kvantmekaniken på 1920-talet.
av kvantmekaniken på 1920-talet.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
1944 skrev han en bok
som heter "What is life?"
som heter "What is life?"
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Den var oerhört inflytelserik.
Den influerade Francis Crick
och James Watson,
och James Watson,
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
de som upptäckte DNA:s
dubbelhelix-struktur.
dubbelhelix-struktur.
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
För att citera en beskrivning i boken,
säger han:
säger han:
På molekylärnivå har levande organismer
en speciell ordning,
en speciell ordning,
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
en egen struktur som är väldigt olik
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
den slumpvisa termodynamiska trängseln
av atomer och molekyler
av atomer och molekyler
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
i icke levande material
av samma komplexitet.
av samma komplexitet.
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
Faktum är att levande materia verkar
bete sig på det här sättet, i en struktur,
bete sig på det här sättet, i en struktur,
precis som livlös materia som är nerkyld
till nära absoluta nollpunkten,
till nära absoluta nollpunkten,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
där kvantmekaniska effekter
spelar en viktig roll.
spelar en viktig roll.
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
Det är något speciellt med
strukturen, ordningen
strukturen, ordningen
inuti levande celler.
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
Så, Schrödinger spekulerade i
att kvantmekaniken kanske påverkade livet.
att kvantmekaniken kanske påverkade livet.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
Det är en väldigt spekulativ,
långtgående idé,
långtgående idé,
och den kom inte så långt.
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
Men som jag nämnde i början,
under de senaste 10 åren,
har det utvecklats experiment.
har det utvecklats experiment.
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
som visar var några av
dessa speciella biologiska fenomen
dessa speciella biologiska fenomen
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
faktiskt verkar behöva kvantmekanik.
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
Jag vill dela med mig
av några få spännande exempel.
av några få spännande exempel.
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
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Detta är ett av de mest välkända fenomenen
inom kvantvärlden,
inom kvantvärlden,
tunneleffekt.
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
Lådan till vänster visar den våglika,
spridningsfördelningen
spridningsfördelningen
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
av en kvantenhet,
en partikel, som en elektron,
en partikel, som en elektron,
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
som inte är en liten boll
som studsar mot väggen.
som studsar mot väggen.
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
Det är en vågrörelse som har en speciell
sannolikhet av att kunna passera
sannolikhet av att kunna passera
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
igenom en fast vägg, som ett spöke
som glider igenom till andra sidan.
som glider igenom till andra sidan.
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
Ni kan se en svag ljusfläck
i den högra lådan.
i den högra lådan.
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
Tunneleffekt innebär att en partikel
kan stöta på en ogenomtränglig barriär,
kan stöta på en ogenomtränglig barriär,
och ändå på något sätt, som magi,
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
försvinna från en sida och dyka upp
på den andra.
på den andra.
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
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
Det bästa sättet att förklara det på är
om du vill kasta en boll över en mur,
om du vill kasta en boll över en mur,
så måste du ge den tillräckligt
med energi för att nå över krönet.
med energi för att nå över krönet.
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
I kvantvärlden behöver du inte
kasta den över muren,
kasta den över muren,
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
du kan kasta den mot muren, och det finns
en viss icke-noll sannolikhet
en viss icke-noll sannolikhet
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
att den försvinner på din sida
och dyker upp på den andra.
och dyker upp på den andra.
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
Detta är inga gissningar.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
Vi är glada -
"glada" är kanske inte rätt ord -
"glada" är kanske inte rätt ord -
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
(Skratt)
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
vi känner till detta väl.
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
(Skratt)
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
Tunneleffekt sker hela tiden;
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
faktum är att det är orsaken till
att vår sol lyser.
att vår sol lyser.
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
Partiklarna går ihop,
och solen omvandlar väte till helium
med hjälp av tunneleffekt.
med hjälp av tunneleffekt.
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
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
På 70- och 80-talet, upptäcktes det
att tunneleffekt också sker
att tunneleffekt också sker
inuti levande celler.
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
Enzymer, dessa livets arbetsmyror,
katalysatorer av kemiska reaktioner,
katalysatorer av kemiska reaktioner,
enzymer är biomolekyler som snabbar på
kemiska reaktioner i levande celler,
kemiska reaktioner i levande celler,
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
många, många gånger om.
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
Och hur de gör det,
har alltid varit ett mysterium.
har alltid varit ett mysterium.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
Men man upptäckte
att ett av tricken
som enzymerna har utvecklat,
som enzymerna har utvecklat,
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
är att förflytta subatomära partiklar,
som elektroner och faktiskt även protoner,
som elektroner och faktiskt även protoner,
från en del av molekylen
till en annan genom att tunnla.
till en annan genom att tunnla.
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
Det är effektivt, det är snabbt,
den kan försvinna,
den kan försvinna,
en proton kan försvinna från en plats,
och dyka upp på en annan.
och dyka upp på en annan.
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
Enzymer hjälper till med detta.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
Detta är forskning som pågått
sedan 80-talet,
sedan 80-talet,
speciellt av ett team i Berkeley,
Judith Klinman.
Judith Klinman.
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
Andra team i Storbritannien
har nu bekräftat
har nu bekräftat
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
att enzymer verkligen gör så.
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Forskning som gjorts av mitt team,
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
som jag sa tidigare, jag är kärnfysiker,
men jag inser att jag kan använda
kvantmekaniken som verktyg
kvantmekaniken som verktyg
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
i atomkärnan, och kan även använda
dessa verktyg på andra områden.
dessa verktyg på andra områden.
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
10:35
One question we asked
185
623404
1810
En fråga som vi ställde
är huruvida tunneleffekten spelar
en roll vid mutationer i DNA.
en roll vid mutationer i DNA.
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
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
Återigen, detta är ingen ny idé;
den dateras tillbaka till tidigt 60-tal.
den dateras tillbaka till tidigt 60-tal.
De två DNA-strängarna,
dubbel helix-strukturen,
dubbel helix-strukturen,
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
hålls ihop av stegpinnar;
det är som en spiralvriden stege.
det är som en spiralvriden stege.
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
Alla dessa stegpinnar i stegen
är vätebindningar,
är vätebindningar,
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
protoner, som fungerar som limmet
mellan de två strängarna.
mellan de två strängarna.
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
Så om du zoomar in, det de gör
är att hålla ihop dessa stora molekyler,
är att hålla ihop dessa stora molekyler,
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
nukleotider.
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Zooma in lite till.
Detta är ju en datorsimulation.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
De två vita kulorna i mitten
är protoner,
är protoner,
och ni kan se att det är
dubbla vätebindningar.
dubbla vätebindningar.
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
En föredrar att vara på den ena sidan,
och en på den andra sidan
och en på den andra sidan
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
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
av de två strängarna i den vertikala
linjen som sträcker sig nedåt, som du ser.
linjen som sträcker sig nedåt, som du ser.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Det kan inträffa att dessa två protoner
hoppar över.
hoppar över.
Titta på dessa två vita kulor.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
De kan hoppa över till andra sidan.
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
Om dessa två DNA-strängar separerar,
och inleder replikationsprocessen,
och inleder replikationsprocessen,
och de två protonerna
befinner sig på fel ställe,
befinner sig på fel ställe,
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
kan detta leda till en mutation.
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Detta har varit känt i 50 år.
Frågan är: Hur stor är sannolikheten
att de gör det,
att de gör det,
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
och om de gör det, hur gör de det?
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
Hoppar de över,
som bollen som tar sig över muren?
som bollen som tar sig över muren?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Eller tunnlar de igenom, även om
de inte har tillräckligt med energi?
de inte har tillräckligt med energi?
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
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Tidiga indikationer tyder på att
tunneleffekten kan ha betydelse här.
tunneleffekten kan ha betydelse här.
Vi vet fortfarande inte
hur viktigt det är;
hur viktigt det är;
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
det är fortfarande en öppen fråga.
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
Det är spekulativt,
men det är en av dessa frågor
som är så viktiga
som är så viktiga
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
för om kvantmekanik påverkar mutationer,
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
så måste detta ha stora konsekvenser,
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
för att kunna förstå
vissa typer av mutationer,
vissa typer av mutationer,
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
möjligtvis även de som gör celler
till cancerceller.
till cancerceller.
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Ett annat exempel på kvantmekanik
i biologi är kvantkoherens,
i biologi är kvantkoherens,
i en av de viktigaste
biologiska processerna,
biologiska processerna,
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
fotosyntes; växter och bakterier
tar solljus,
tar solljus,
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
och använder energin
till att skapa biomassa.
till att skapa biomassa.
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
Kvantkoherens är idén om att kvantenheter
kan göra flera saker samtidigt.
kan göra flera saker samtidigt.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
Det är kvantskidåkaren.
Det är ett föremål
som beter sig som en våg,
som beter sig som en våg,
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
så den inte rör sig i endast en riktning,
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
utan den kan följa flera vägar samtidigt.
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
För några år sedan chockades
den vetenskapliga världen
den vetenskapliga världen
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
när en artikel publicerades som
visade på experimentella bevis
visade på experimentella bevis
för att kvantkoherens skedde
inuti bakterier,
inuti bakterier,
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
då de utförde fotosyntes.
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
Idén var att fotonen,
ljuspartikeln, solljuset,
ljuspartikeln, solljuset,
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
ljuskvanten som fångas
av klorofyllmolekylen,
av klorofyllmolekylen,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
levereras till ett så kallat
reaktionscenter,
reaktionscenter,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
där den kan omvandlas till kemisk energi.
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
Och när den tar sig dit
följer den inte en enda väg;
följer den inte en enda väg;
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
den följer multipla vägar samtidigt,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
för att optimera den mest effektiva vägen
för att nå reaktionscentrat
för att nå reaktionscentrat
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
utan att bli till spillvärme.
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
Kvantkoherens sker inuti en levande cell.
En anmärkningsvärd idé,
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
och ändå så växer bevismängden
varje vecka med nya publiceringar,
varje vecka med nya publiceringar,
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
som bekräftar att detta verkligen händer.
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
Mitt tredje och sista exempel är den
vackraste och mest underbara idén.
vackraste och mest underbara idén.
Den är fortfarande väldigt spekulativ,
men jag måste berätta den för er.
men jag måste berätta den för er.
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
Den europeiska rödhaken
flyttar från Skandinavien
flyttar från Skandinavien
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
ner till Medelhavet varje höst,
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
och precis som flera andra
marina djur och även insekter,
marina djur och även insekter,
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
så navigerar de genom att känna av
jordens magnetfält.
jordens magnetfält.
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
Nu är jordens magnetfält
väldigt, väldigt svagt;
väldigt, väldigt svagt;
ca 100 gånger svagare
än en kylskåpsmagnet,
än en kylskåpsmagnet,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
och ändå så påverkar det kemin
på något sätt, inuti levande organismer.
på något sätt, inuti levande organismer.
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Det ifrågasätts inte;
ett par tyska ornitologer,
ett par tyska ornitologer,
Wolfgang och Roswitha Wiltschko,
bekräftade på 70-talet att
bekräftade på 70-talet att
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
rödhakarna hittar genom att på något sätt
känna av jordens magnetfält,
känna av jordens magnetfält,
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
för att få information om riktningen,
en inbyggd kompass.
en inbyggd kompass.
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
Mysteriet var: hur gör den det?
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
Nå, den enda teorin som finns,
vi vet inte om det är den rätta teorin,
men det är den enda,
men det är den enda,
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
är att det sker med så kallad
kvantmekanisk sammanflätning.
kvantmekanisk sammanflätning.
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
Inuti rödhakens näthinna,
jag skojar inte, inuti rödhakens
näthinna finns ett protein, kryptokrom,
näthinna finns ett protein, kryptokrom,
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
som är ljuskänsligt.
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
I kryptokrom finns ett elektronpar som
är kvantmekaniskt sammanflätat.
är kvantmekaniskt sammanflätat.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
Kvantmekanisk sammanflätning
är när två partiklar är ifrån varandra,
är när två partiklar är ifrån varandra,
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
men ändå på något sätt
är i kontakt med varandra.
är i kontakt med varandra.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
896991
1446
Einstein avskydde den här idén,
15:10
he called it "spooky action
at a distance."
at a distance."
269
898461
2039
han kallade det
"kuslig verkan på avstånd."
"kuslig verkan på avstånd."
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Skratt)
Så om Einstein inte gillar det,
då får vi alla vara obekväma med det.
då får vi alla vara obekväma med det.
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
Två kvantmekaniskt sammanflätade
elektroner i en molekyl
elektroner i en molekyl
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
dansar en delikat dans
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
som är väldigt känslig
för fågelns flygriktning
för fågelns flygriktning
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
i jordens magnetfält.
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
Vi vet inte om det är
den rätta förklaringen,
den rätta förklaringen,
men oj, skulle det inte vara spännande om
kvantmekaniken hjälpte fåglar att navigera?
kvantmekaniken hjälpte fåglar att navigera?
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
Kvantbiologin är fortfarande i sin linda.
Den är fortfarande spekulativ.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Men jag tror att den är grundad
i solid vetenskap.
i solid vetenskap.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Jag tror också att under det
kommande årtiondet eller så,
kommande årtiondet eller så,
kommer vi att börja se
att det faktiskt genomsyrar livet,
att det faktiskt genomsyrar livet,
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
att livet har utvecklat knep
för att utnyttja kvantvärlden.
för att utnyttja kvantvärlden.
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
Håll ögonen på det här området.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Tack.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
(Applåder)
16:02
(Applause)
286
950659
2202
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