TEDGlobalLondon
Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions
Джим Ал-Халили: Как квантовата биология би могла да отговори на най-големите въпроси на живота
Filmed:
Readability: 4.9
2,255,707 views
Как една червеношийка знае, че трябва да лети на юг? Отговорът може да е по-странен, отколкото мислите - може да е замесена квантовата физика. Джим Ал–Халили събира съвсем новия, изключително странен свят на квантовата биология, където нещо, някога наречено от Айнщайн "призрачно действие от разстояние" помага на птиците да се ориентират и квантовите ефекти биха могли да обяснят самото начало на живота.
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
Искам да ви представя
една нова област в науката,
една нова област в науката,
00:17
one that is still speculative
but hugely exciting,
but hugely exciting,
1
5742
3943
област, която все още е теоретична,
но пък изключително вълнуваща
но пък изключително вълнуваща
00:21
and certainly one
that's growing very rapidly.
that's growing very rapidly.
2
9709
2629
и със сигурност се развива
много бързо.
много бързо.
00:25
Quantum biology
asks a very simple question:
asks a very simple question:
3
13448
4048
Квантовата биология задава
един много прост въпрос:
един много прост въпрос:
00:29
Does quantum mechanics --
4
17520
1350
дали квантовата механика -
00:30
that weird and wonderful
and powerful theory
and powerful theory
5
18894
3302
тази странна, удивителна
и могъща теория
и могъща теория
00:34
of the subatomic world
of atoms and molecules
of atoms and molecules
6
22220
2688
за субатомния свят
на атомите и молекулите,
на атомите и молекулите,
00:36
that underpins so much
of modern physics and chemistry --
of modern physics and chemistry --
7
24932
3488
която подкрепя толкова много
съвременната физика и химия -
съвременната физика и химия -
00:40
also play a role inside the living cell?
8
28444
3412
освен това играе роля и в живата клетка?
00:43
In other words: Are there processes,
mechanisms, phenomena
mechanisms, phenomena
9
31880
4079
С други думи - има ли процеси,
механизми, явления
механизми, явления
00:47
in living organisms
that can only be explained
that can only be explained
10
35983
3988
при живите организми,
които могат да се обяснят само
които могат да се обяснят само
00:51
with a helping hand
from quantum mechanics?
from quantum mechanics?
11
39995
2743
с помощта на квантовата механика?
00:55
Now, quantum biology isn't new;
12
43546
1637
Квантовата биология не е нова,
00:57
it's been around since the early 1930s.
13
45207
2401
съществува от началото на 30-те години
на 20 век.
на 20 век.
00:59
But it's only in the last decade or so
that careful experiments --
that careful experiments --
14
47928
3715
Но едва прецизните експерименти
през последното десетилетие -
през последното десетилетие -
01:03
in biochemistry labs,
using spectroscopy --
using spectroscopy --
15
51667
3464
в биохимични лаборатории,
с помощта на спектроскопия -
с помощта на спектроскопия -
01:07
have shown very clear, firm evidence
that there are certain specific mechanisms
that there are certain specific mechanisms
16
55155
6863
показаха много ясни и категорични
доказателства, че има специфични механизми,
доказателства, че има специфични механизми,
01:14
that require quantum mechanics
to explain them.
to explain them.
17
62042
2511
чието обяснение изисква квантова механика.
01:17
Quantum biology brings together
quantum physicists, biochemists,
quantum physicists, biochemists,
18
65674
3329
Квантовата биология събира
квантови физици, биохимици,
квантови физици, биохимици,
01:21
molecular biologists --
it's a very interdisciplinary field.
it's a very interdisciplinary field.
19
69027
3641
молекулярни биолози -
тя включва много дисциплини.
тя включва много дисциплини.
01:24
I come from quantum physics,
so I'm a nuclear physicist.
so I'm a nuclear physicist.
20
72692
3929
Аз идвам от квантовата физика,
ядрен физик съм.
ядрен физик съм.
01:28
I've spent more than three decades
21
76645
2265
Прекарах повече от три десетилетия
01:30
trying to get my head
around quantum mechanics.
around quantum mechanics.
22
78934
2929
в опити да разбера квантовата механика.
01:33
One of the founders
of quantum mechanics, Niels Bohr,
of quantum mechanics, Niels Bohr,
23
81887
2493
Един от създателите ѝ, Нилс Бор,
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
казва, че ако не те изумява,
значи не я разбираш.
значи не я разбираш.
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
Затова съм щастлив, че тя
все още ме удивлява.
все още ме удивлява.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
Това е хубаво.
01:44
But it means I study the very
smallest structures in the universe --
smallest structures in the universe --
27
92873
6885
Oзначава, че изучавам най-миниатюрните
структури във Вселената -
структури във Вселената -
01:51
the building blocks of reality.
28
99782
2075
строителните блокчета на реалността.
01:53
If we think about the scale of size,
29
101881
3215
Ако помислим за мащаба за големина,
01:57
start with an everyday object
like the tennis ball,
like the tennis ball,
30
105120
2952
започнем с обичаен предмет
като топката за тенис
като топката за тенис
02:00
and just go down orders
of magnitude in size --
of magnitude in size --
31
108096
2901
и просто вървим надолу
с порядъци в размера -
с порядъци в размера -
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
от върха на игла до клетка,
после до бактерия, ензим -
после до бактерия, ензим -
02:08
you eventually reach the nano-world.
33
116242
1729
накрая стигаме до нано-света.
02:09
Now, nanotechnology may be
a term you've heard of.
a term you've heard of.
34
117995
2495
Може би сте чували термина
нанотехнология.
нанотехнология.
02:12
A nanometer is a billionth of a meter.
35
120841
2853
Един нанометър е една милиардна част
от метъра.
от метъра.
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
Моята област е атомното ядро,
което е малка точица вътре в атома.
което е малка точица вътре в атома.
02:20
It's even smaller in scale.
37
128954
1932
То дори е още по-мъничко.
02:22
This is the domain of quantum mechanics,
38
130910
1918
Това е царството на квантовата механика
02:24
and physicists and chemists
have had a long time
have had a long time
39
132852
2516
и на физиците и химиците
им трябваше много време
им трябваше много време
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
да свикнат с него.
02:29
Biologists, on the other hand,
have got off lightly, in my view.
have got off lightly, in my view.
41
137248
4457
Биолозите, от друга страна,
според мен се оттърваха лесно.
според мен се оттърваха лесно.
02:34
They are very happy with their
balls-and-sticks models of molecules.
balls-and-sticks models of molecules.
42
142071
4331
Те са много доволни от моделите си
на молекули с топчета и пръчки.
на молекули с топчета и пръчки.
02:38
(Laughter)
43
146426
1082
(Смях)
02:39
The balls are the atoms, the sticks
are the bonds between the atoms.
are the bonds between the atoms.
44
147532
3198
Топчетата са атомите, пръчките са
връзките между атомите.
връзките между атомите.
02:42
And when they can't build them
physically in the lab,
physically in the lab,
45
150754
2494
А когато не могат
да ги построят физически
да ги построят физически
02:45
nowadays, they have
very powerful computers
very powerful computers
46
153272
2392
в лабораторията, сега има
много мощни компютри,
много мощни компютри,
02:47
that will simulate a huge molecule.
47
155688
1967
които симулират огромна молекула.
02:49
This is a protein made up
of 100,000 atoms.
of 100,000 atoms.
48
157679
3664
Това е протеин, който се състои
от 100 000 атома.
от 100 000 атома.
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
Не се изисква много квантова механика,
за да го обясним.
за да го обясним.
02:59
Quantum mechanics
was developed in the 1920s.
was developed in the 1920s.
50
167695
2889
Квантовата механика е създадена
през 20-те години на 20 век.
през 20-те години на 20 век.
03:02
It is a set of beautiful and powerful
mathematical rules and ideas
mathematical rules and ideas
51
170965
6880
Тя е система от красиви и мощни
математически правила и идеи,
математически правила и идеи,
03:09
that explain the world of the very small.
52
177869
2608
които обясняват миниатюрния свят.
03:12
And it's a world that's very different
from our everyday world,
from our everyday world,
53
180501
3372
А той е много по-различен
от обичайния ни свят,
от обичайния ни свят,
03:15
made up of trillions of atoms.
54
183897
1519
създаден от трилиони атоми.
03:17
It's a world built
on probability and chance.
on probability and chance.
55
185440
3557
Това е свят, построен върху
вероятности и случайности.
вероятности и случайности.
03:21
It's a fuzzy world.
56
189818
1302
Неясен свят.
03:23
It's a world of phantoms,
57
191144
1730
Свят на фантоми,
03:24
where particles can also behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
58
192898
3348
в който частиците могат да се държат
и като разпростиращи се вълни.
и като разпростиращи се вълни.
03:30
If we imagine quantum mechanics
or quantum physics, then,
or quantum physics, then,
59
198157
2862
Ако приемаме квантовата механика
или квантовата физика
или квантовата физика
03:33
as the fundamental
foundation of reality itself,
foundation of reality itself,
60
201043
5214
за фундаментална основа
на самата реалност,
на самата реалност,
03:38
then it's not surprising that we say
61
206281
1730
не е изненадващо да твърдим,
03:40
quantum physics underpins
organic chemistry.
organic chemistry.
62
208035
2420
че квантовата физика е основа
на органичната химия.
на органичната химия.
03:42
After all, it gives us
the rules that tell us
the rules that tell us
63
210479
2120
Все пак, тя ни дава
правилата, които казват
правилата, които казват
03:44
how the atoms fit together
to make organic molecules.
to make organic molecules.
64
212623
2641
как се съчетават атомите,
за да създадат органични молекули.
за да създадат органични молекули.
03:47
Organic chemistry,
scaled up in complexity,
scaled up in complexity,
65
215288
3239
Усложнената органична химия
ни дава
ни дава
03:50
gives us molecular biology,
which of course leads to life itself.
which of course leads to life itself.
66
218551
3322
молекулярната биология, която,
разбира се, води до самия живот.
разбира се, води до самия живот.
03:54
So in a way, it's sort of not surprising.
67
222174
1977
Това, в известен смисъл, не е изненада.
03:56
It's almost trivial.
68
224175
1214
Почти тривиално е.
03:57
You say, "Well, of course life ultimately
must depend of quantum mechanics."
must depend of quantum mechanics."
69
225413
4220
Казваме: "Разбира се, че животът, в края
на краищата зависи от квантовата механика"
на краищата зависи от квантовата механика"
04:02
But so does everything else.
70
230141
2390
Но така е и с всичко останало.
04:04
So does all inanimate matter,
made up of trillions of atoms.
made up of trillions of atoms.
71
232555
3615
Така е и с неживата материя,
съставена от трилиони атоми.
съставена от трилиони атоми.
04:08
Ultimately, there's a quantum level
72
236501
4878
В края на краищата, има квантово ниво,
04:13
where we have to delve into
this weirdness.
this weirdness.
73
241403
2183
на което трябва да се заровим
в чудатото.
в чудатото.
04:15
But in everyday life,
we can forget about it.
we can forget about it.
74
243610
2416
Но във всекидневието
можем да забравим за него.
можем да забравим за него.
04:18
Because once you put together
trillions of atoms,
trillions of atoms,
75
246404
3199
Защото, щом веднъж съберем
трилиони атоми,
трилиони атоми,
04:21
that quantum weirdness
just dissolves away.
just dissolves away.
76
249627
2615
квантовата странност
просто изчезва.
просто изчезва.
04:27
Quantum biology isn't about this.
77
255288
2569
Квантовата биология не се занимава с това.
04:29
Quantum biology isn't this obvious.
78
257881
2556
Квантовата биология не е толкова очевидна.
04:32
Of course quantum mechanics
underpins life at some molecular level.
underpins life at some molecular level.
79
260461
4229
Разбира се, квантовата механика е основа
на живота на някакво молекулярно ниво.
на живота на някакво молекулярно ниво.
04:37
Quantum biology is about looking
for the non-trivial --
for the non-trivial --
80
265254
6004
Квантовата биология търси необикновеното -
04:43
the counterintuitive ideas
in quantum mechanics --
in quantum mechanics --
81
271282
4476
противоречащите на интуицията идеи
на квантовата механика
на квантовата механика
04:47
and to see if they do, indeed,
play an important role
play an important role
82
275782
3015
и дали те наистина играят важна роля
04:50
in describing the processes of life.
83
278821
2452
при описването на процесите на живота.
04:54
Here is my perfect example
of the counterintuitiveness
of the counterintuitiveness
84
282653
5220
Ето един чудесен пример
за това как квантовият свят
за това как квантовият свят
04:59
of the quantum world.
85
287897
1446
противоречи на интуицията.
05:01
This is the quantum skier.
86
289367
1251
Това е квантов скиор.
05:02
He seems to be intact,
he seems to be perfectly healthy,
he seems to be perfectly healthy,
87
290642
2640
Изглежда цял и съвсем здрав,
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
а все пак е заобиколил това дърво
от двете страни едновременно.
от двете страни едновременно.
05:09
Well, if you saw tracks like that
89
297457
1663
Е, ако видите такива следи,
05:11
you'd guess it was some
sort of stunt, of course.
sort of stunt, of course.
90
299144
2309
разбира се, ще се сетите,
че е било някакъв номер.
че е било някакъв номер.
05:13
But in the quantum world,
this happens all the time.
this happens all the time.
91
301477
2591
Но в квантовия свят
това се случва непрекъснато.
това се случва непрекъснато.
05:16
Particles can multitask,
they can be in two places at once.
they can be in two places at once.
92
304864
3026
Частиците правят много неща наведнъж
или са на две места едновременно.
или са на две места едновременно.
05:19
They can do more than one thing
at the same time.
at the same time.
93
307914
2328
Могат да се занимават с повече
от едно нещо в същото време.
от едно нещо в същото време.
05:22
Particles can behave
like spread-out waves.
like spread-out waves.
94
310266
2643
Частиците могат да се държат
като разпростиращи се вълни.
като разпростиращи се вълни.
05:25
It's almost like magic.
95
313298
1599
Почти като магия е.
05:27
Physicists and chemists have had
nearly a century
nearly a century
96
315538
2749
Физиците и химиците
са имали почти век
са имали почти век
05:30
of trying to get used to this weirdness.
97
318311
2646
да се опитват да свикнат
с тази чудатост.
с тази чудатост.
05:33
I don't blame the biologists
98
321445
1350
Не обвинявам биолозите
05:34
for not having to or wanting
to learn quantum mechanics.
to learn quantum mechanics.
99
322819
2635
за това, че не им трябва или пък
не искат да учат квантова механика.
не искат да учат квантова механика.
05:37
You see, this weirdness is very delicate;
100
325478
3198
Тази чудатост е много деликатна
05:40
and we physicists work very hard
to maintain it in our labs.
to maintain it in our labs.
101
328700
4450
и ние, физиците, работим здраво,
за да я поддържаме в лабораториите.
за да я поддържаме в лабораториите.
05:45
We cool our system down
to near absolute zero,
to near absolute zero,
102
333174
4204
Охлаждаме системите си почти
до абсолютната нула,
до абсолютната нула,
05:49
we carry out our experiments in vacuums,
103
337402
1945
провеждаме експерименти във вакуум,
05:51
we try and isolate it
from any external disturbance.
from any external disturbance.
104
339371
3527
опитваме се да да ги изолираме
от всякакви външни смущения.
от всякакви външни смущения.
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
Те са много по-различни от топлата,
разхвърляна, шумна среда на живата клетка.
разхвърляна, шумна среда на живата клетка.
06:01
Biology itself, if you think of
molecular biology,
molecular biology,
106
349960
2787
Биологията, ако имаме предвид
молекулярната биология,
молекулярната биология,
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
се е справила много добре с описанието
на всички жизнени процеси
на всички жизнени процеси
06:08
in terms of chemistry --
chemical reactions.
chemical reactions.
108
356252
2486
от гледна точка на химията –
химичните реакции.
химичните реакции.
06:10
And these are reductionist,
deterministic chemical reactions,
deterministic chemical reactions,
109
358762
4850
А това са редукционистични,
детерминистични химични реакции,
детерминистични химични реакции,
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
които показват, че животът се състои
основно от същите вещества като всичко останало
основно от същите вещества като всичко останало
06:20
and if we can forget about quantum
mechanics in the macro world,
mechanics in the macro world,
111
368774
3060
и ако в макро света можем да забравим
за квантовата механика,
за квантовата механика,
06:23
then we should be able to forget
about it in biology, as well.
about it in biology, as well.
112
371858
3246
трябва да можем да забравим
за нея и в биологията.
за нея и в биологията.
06:27
Well, one man begged
to differ with this idea.
to differ with this idea.
113
375706
3364
Е, един мъж си позволил
да не се съгласи с тази идея.
да не се съгласи с тази идея.
06:32
Erwin Schrödinger,
of Schrödinger's Cat fame,
of Schrödinger's Cat fame,
114
380062
3469
Ервин Шрьодингер, известен
с котката на Шрьодингер,
с котката на Шрьодингер,
06:35
was an Austrian physicist.
115
383555
1317
е австрийски физик.
06:36
He was one of the founders
of quantum mechanics in the 1920s.
of quantum mechanics in the 1920s.
116
384896
3183
Той е един от създателите на квантовата
механика през 20-те години на 20 век.
механика през 20-те години на 20 век.
06:40
In 1944, he wrote a book
called "What is Life?"
called "What is Life?"
117
388663
2707
През 1944 написва книга
със заглавие "Какво е животът?"
със заглавие "Какво е животът?"
06:43
It was tremendously influential.
118
391839
1731
Тя оказва огромно влияние.
06:45
It influenced Francis Crick
and James Watson,
and James Watson,
119
393594
2881
Въздейства на Франсис Крик
и Джеймс Уотсън,
и Джеймс Уотсън,
06:48
the discoverers of the double-helix
structure of DNA.
structure of DNA.
120
396499
2523
откривателите на двойно-спиралната
структура на ДНК.
структура на ДНК.
06:51
To paraphrase a description
in the book, he says:
in the book, he says:
121
399343
3668
Ако перифразираме едно описание
в книгата, той твърди:
в книгата, той твърди:
06:55
At the molecular level,
living organisms have a certain order,
living organisms have a certain order,
122
403035
5786
"На молекулярно ниво, живите организми
имат някакъв ред,
имат някакъв ред,
07:00
a structure to them that's very different
123
408845
3232
структура, която е много по-различна
07:04
from the random thermodynamic jostling
of atoms and molecules
of atoms and molecules
124
412101
4736
от случайната термодинамична блъсканица
на атоми и молекули
на атоми и молекули
07:08
in inanimate matter
of the same complexity.
of the same complexity.
125
416861
3706
при неживата материя
със същата сложност.
със същата сложност.
07:13
In fact, living matter seems to behave
in this order, in a structure,
in this order, in a structure,
126
421504
5014
Всъщност, живата материя се придържа
към този ред, тази структура,
към този ред, тази структура,
07:18
just like inanimate matter
cooled down to near absolute zero,
cooled down to near absolute zero,
127
426542
3834
също като неживата материя,
охладена почти до абсолютната нула,
охладена почти до абсолютната нула,
07:22
where quantum effects
play a very important role.
play a very important role.
128
430400
3033
когато квантовите ефекти
играят много важна роля.
играят много важна роля.
07:26
There's something special
about the structure -- the order --
about the structure -- the order --
129
434280
4160
Има нещо особено в структурата или реда
07:30
inside a living cell.
130
438464
1560
в една жива клетка.
07:32
So, Schrödinger speculated that maybe
quantum mechanics plays a role in life.
quantum mechanics plays a role in life.
131
440048
5293
Затова, Шрьодингер предположил, че
квантовата механика има значение за живота.
квантовата механика има значение за живота.
07:38
It's a very speculative,
far-reaching idea,
far-reaching idea,
132
446096
3425
Идеята му била много теоретична,
всеобхватна
всеобхватна
07:41
and it didn't really go very far.
133
449545
2873
и не стигнала много далеч.
07:45
But as I mentioned at the start,
134
453536
1533
Но, както споменах в началото,
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments emerging,
experiments emerging,
135
455093
2799
през последните 10 години
се появиха експерименти,
се появиха експерименти,
07:49
showing where some of these
certain phenomena in biology
certain phenomena in biology
136
457916
4055
които показват къде някои
от явленията в биологията
от явленията в биологията
07:53
do seem to require quantum mechanics.
137
461995
1763
наистина изискват квантова механика.
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
Искам да споделя с вас само
няколко от вълнуващите факти.
няколко от вълнуващите факти.
08:00
This is one of the best-known
phenomena in the quantum world,
phenomena in the quantum world,
139
468215
3707
Това е един от най-известните феномени
в квантовия свят -
в квантовия свят -
08:03
quantum tunneling.
140
471946
1701
тунелният преход.
08:05
The box on the left shows
the wavelike, spread-out distribution
the wavelike, spread-out distribution
141
473671
4389
Кутията отляво показва подобното
на вълна разпространение
на вълна разпространение
08:10
of a quantum entity --
a particle, like an electron,
a particle, like an electron,
142
478084
2761
на една квантова единица –
частица като електрона,
частица като електрона,
08:12
which is not a little ball
bouncing off a wall.
bouncing off a wall.
143
480869
3637
която не е малка топка,
отскачаща от стената.
отскачаща от стената.
08:16
It's a wave that has a certain probability
of being able to permeate
of being able to permeate
144
484530
4739
Тя е вълна, която има някаква вероятност
да успее да проникне
да успее да проникне
08:21
through a solid wall, like a phantom
leaping through to the other side.
leaping through to the other side.
145
489293
3406
през твърда стена, като фантом,
прескачащ от другата страна.
прескачащ от другата страна.
08:24
You can see a faint smudge of light
in the right-hand box.
in the right-hand box.
146
492723
4098
Виждате едно бледо петно светлина
в дясната кутия.
в дясната кутия.
08:29
Quantum tunneling suggests that a particle
can hit an impenetrable barrier,
can hit an impenetrable barrier,
147
497773
4612
Тунелният ефект предполага, че частица
може да удари непробиваема бариера
може да удари непробиваема бариера
08:34
and yet somehow, as though by magic,
148
502409
2460
и някак си, сякаш магически,
08:36
disappear from one side
and reappear on the other.
and reappear on the other.
149
504893
2444
да изчезне от тази страна и
да се появи от другата.
да се появи от другата.
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
Най-добрият начин да го обясним е с топка,
която искате да прехвърлите над стена –
която искате да прехвърлите над стена –
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
трябва да ѝ дадете достатъчно енергия,
за да успее да прелети отгоре.
за да успее да прелети отгоре.
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
В квантовия свят не трябва
да я прехвърляте над стената,
да я прехвърляте над стената,
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
можете да я хвърлите срещу стената и
има вероятност, различна от нула
има вероятност, различна от нула
08:54
that it'll disappear on your side,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
154
522047
3323
тя да изчезне от вашата страна
и да се появи от другата.
и да се появи от другата.
08:57
This isn't speculation, by the way.
155
525394
1678
И между впрочем,
това не е хипотеза.
това не е хипотеза.
08:59
We're happy -- well, "happy"
is not the right word --
is not the right word --
156
527096
3396
Щастливи сме – е, "щастливи"
не е точната дума –
не е точната дума –
09:02
(Laughter)
157
530516
2045
(Смях)
09:04
we are familiar with this.
158
532585
1618
че това явление ни е познато.
09:06
(Laughter)
159
534227
2745
(Смях)
09:08
Quantum tunneling
takes place all the time;
takes place all the time;
160
536996
2294
Квантовият преход
се случва постоянно,
се случва постоянно,
09:11
in fact, it's the reason our Sun shines.
161
539314
2667
всъщност, той е причината
нашето Слънце да свети.
нашето Слънце да свети.
09:14
The particles fuse together,
162
542655
1509
Частиците се смесват
09:16
and the Sun turns hydrogen
into helium through quantum tunneling.
into helium through quantum tunneling.
163
544188
3698
и Слънцето превръща водорода
в хелий чрез квантовия ефект.
в хелий чрез квантовия ефект.
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
През 70-те и 80-те години се установи,
че квантов преход се извършва и
че квантов преход се извършва и
09:26
inside living cells.
165
554708
1192
в живата клетка.
09:28
Enzymes, those workhorses of life,
the catalysts of chemical reactions --
the catalysts of chemical reactions --
166
556290
6266
Ензимите, тези работни коне на живота,
катализатори на химичните реакции -
катализатори на химичните реакции -
09:34
enzymes are biomolecules that speed up
chemical reactions in living cells,
chemical reactions in living cells,
167
562580
4166
ензимите са биомолекули, които ускоряват
химичните реакции в живите клетки
химичните реакции в живите клетки
09:38
by many, many orders of magnitude.
168
566770
1703
в много, много голяма степен.
09:40
And it's always been a mystery
how they do this.
how they do this.
169
568497
2784
И винаги е било загадка как го правят.
09:43
Well, it was discovered
170
571650
1189
Установи се, че
09:44
that one of the tricks that enzymes
have evolved to make use of,
have evolved to make use of,
171
572863
4852
един от фокусите, които ензимите
са се научили да използват
са се научили да използват
09:49
is by transferring subatomic particles,
like electrons and indeed protons,
like electrons and indeed protons,
172
577739
5228
е прехвърлянето на субатомни частици,
като електрони и дори протони,
като електрони и дори протони,
09:54
from one part of a molecule
to another via quantum tunneling.
to another via quantum tunneling.
173
582991
4661
от една част на молекулата
в друга чрез квантов преход.
в друга чрез квантов преход.
10:00
It's efficient, it's fast,
it can disappear --
it can disappear --
174
588333
2851
Резултатно е, бързо е,
може да изчезне -
може да изчезне -
10:03
a proton can disappear from one place,
and reappear on the other.
and reappear on the other.
175
591208
3111
един протон може да изчезне от едно място
и да се появи на друго.
и да се появи на друго.
10:06
Enzymes help this take place.
176
594343
1629
Ензимите помагат това да се случи.
10:08
This is research that's been
carried out back in the 80s,
carried out back in the 80s,
177
596548
2683
Това е проучване, направено
през 80-те години,
през 80-те години,
10:11
particularly by a group
in Berkeley, Judith Klinman.
in Berkeley, Judith Klinman.
178
599255
4037
най-вече от една група в Бъркли,
Джудит Клинман.
Джудит Клинман.
10:15
Other groups in the UK
have now also confirmed
have now also confirmed
179
603316
2205
Други групи във Великобритания
също потвърдиха
също потвърдиха
10:17
that enzymes really do this.
180
605545
1411
това за ензимите.
10:21
Research carried out by my group --
181
609048
2549
Проучване, направено от моята група -
10:23
so as I mentioned,
I'm a nuclear physicist,
I'm a nuclear physicist,
182
611621
2434
както споменах,
аз съм ядрен физик,
аз съм ядрен физик,
10:26
but I've realized I've got these tools
of using quantum mechanics
of using quantum mechanics
183
614079
3055
но разбрах, че мога
да използвам инструментите
да използвам инструментите
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
на квантовата механика в атомното ядро,
както и в други области.
както и в други области.
10:35
One question we asked
185
623404
1810
Един от въпросите, които зададохме
10:37
is whether quantum tunneling
plays a role in mutations in DNA.
plays a role in mutations in DNA.
186
625238
4298
бе дали квантовият ефект
има нещо общо с мутациите в ДНК.
има нещо общо с мутациите в ДНК.
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
И пак - това не е нова идея,
датира от началото на 60-те години.
датира от началото на 60-те години.
10:45
The two strands of DNA,
the double-helix structure,
the double-helix structure,
188
633527
2961
Двете нишки на ДНК,
двойно-спиралната структура,
двойно-спиралната структура,
10:48
are held together by rungs;
it's like a twisted ladder.
it's like a twisted ladder.
189
636512
2823
са съединени от напречни връзки
подобно на усукана стълба.
подобно на усукана стълба.
10:51
And those rungs of the ladder
are hydrogen bonds --
are hydrogen bonds --
190
639359
3507
А стъпалата на стълбата
са водородни връзки -
са водородни връзки -
10:54
protons, that act as the glue
between the two strands.
between the two strands.
191
642890
3790
протони, които служат за лепило
между двете нишки.
между двете нишки.
10:58
So if you zoom in, what they're doing
is holding these large molecules --
is holding these large molecules --
192
646704
4750
Ако погледнем отблизо, те съединяват
тези големи молекули -
тези големи молекули -
11:03
nucleotides -- together.
193
651478
1607
нуклеотидите.
11:06
Zoom in a bit more.
194
654130
1150
Поглеждаме още по-близо.
11:07
So, this a computer simulation.
195
655304
1916
Това е компютърна симулация.
11:09
The two white balls
in the middle are protons,
in the middle are protons,
196
657855
3542
Двете бели топки
по средата са протони
по средата са протони
11:13
and you can see that
it's a double hydrogen bond.
it's a double hydrogen bond.
197
661421
2299
и виждате, че
водородната връзка е двойна.
водородната връзка е двойна.
11:15
One prefers to sit on one side;
the other, on the other side
the other, on the other side
198
663744
3314
Единият е избрал да стои от едната,
а другият - от другата страна
а другият - от другата страна
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
на двете нишки, двете вертикални линии,
които не можете да видите.
които не можете да видите.
11:24
It can happen that
these two protons can hop over.
these two protons can hop over.
200
672410
3395
Може да се случи тези два протона
да прескочат.
да прескочат.
11:27
Watch the two white balls.
201
675829
1436
Наблюдавайте двете бели топки.
11:29
They can jump over to the other side.
202
677748
1998
Те могат да отскочат до другата страна.
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
Ако тогава двете нишки ДНК се разделят,
водейки до процеса репликация
водейки до процеса репликация
11:37
and the two protons
are in the wrong positions,
are in the wrong positions,
204
685909
3199
и двата протона са в грешни позиции,
11:41
this can lead to a mutation.
205
689132
1763
може да се стигне до мутация.
11:43
This has been known for half a century.
206
691204
1872
Това е известно от половин век.
11:45
The question is: How likely
are they to do that,
are they to do that,
207
693100
2343
Въпросът е колко е вероятно
да го направят
да го направят
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
и ако го направят, как точно става?
11:49
Do they jump across,
like the ball going over the wall?
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
Дали прескачат подобно на
топката, която прехвърля стената?
топката, която прехвърля стената?
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
Или пък правят квантов преход,
дори да нямат достатъчно енергия?
дори да нямат достатъчно енергия?
11:57
Early indications suggest that
quantum tunneling can play a role here.
quantum tunneling can play a role here.
211
705089
4252
Ранните резултати внушават, че
квантовият преход може да играе роля тук.
квантовият преход може да играе роля тук.
12:01
We still don't know yet
how important it is;
how important it is;
212
709365
2124
Все още не знаем колко важен е той,
12:03
this is still an open question.
213
711513
1792
въпросът още е открит.
12:06
It's speculative,
214
714199
1150
Теоретичен е,
12:07
but it's one of those questions
that is so important
that is so important
215
715373
2643
но е един от онези въпроси,
които са толкова важни,
които са толкова важни,
12:10
that if quantum mechanics
plays a role in mutations,
plays a role in mutations,
216
718040
2446
защото ако квантовата механика
участва в мутациите,
участва в мутациите,
12:12
surely this must have big implications,
217
720510
2299
със сигурност това ще има
големи последици
големи последици
12:14
to understand certain types of mutations,
218
722833
2694
за разбирането на някои
видове мутации,
видове мутации,
12:17
possibly even those that lead
to turning a cell cancerous.
to turning a cell cancerous.
219
725551
3756
вероятно дори онези, които
превръщат клетката в канцерогенна.
превръщат клетката в канцерогенна.
12:22
Another example of quantum mechanics
in biology is quantum coherence,
in biology is quantum coherence,
220
730803
5299
Друг пример за квантова механика
в биологията е квантовата кохерентност
в биологията е квантовата кохерентност
12:28
in one of the most
important processes in biology,
important processes in biology,
221
736126
2353
при един от най-важните
процеси в биологията –
процеси в биологията –
12:30
photosynthesis: plants
and bacteria taking sunlight,
and bacteria taking sunlight,
222
738503
3941
фотосинтезата: растения и бактерии
получават слънчева светлина
получават слънчева светлина
12:34
and using that energy to create biomass.
223
742468
2954
и използват енергията ѝ, за да
създадат биомаса.
създадат биомаса.
12:38
Quantum coherence is the idea
of quantum entities multitasking.
of quantum entities multitasking.
224
746215
4152
Квантова кохерентност е идеята квантови
обекти да правят много неща едновременно.
обекти да правят много неща едновременно.
12:42
It's the quantum skier.
225
750912
1604
Например квантовият скиор.
12:44
It's an object that behaves like a wave,
226
752540
2952
Той е обект, който се държи като вълна,
12:47
so that it doesn't just move
in one direction or the other,
in one direction or the other,
227
755516
2902
така че не просто се движи
в едната посока или в другата,
в едната посока или в другата,
12:50
but can follow multiple pathways
at the same time.
at the same time.
228
758442
3320
а следва множество пътища
в един и същи момент.
в един и същи момент.
12:54
Some years ago,
the world of science was shocked
the world of science was shocked
229
762708
3916
Преди няколко години
научният свят бе шокиран,
научният свят бе шокиран,
12:58
when a paper was published
showing experimental evidence
showing experimental evidence
230
766648
3584
когато бе публикуванa теза
с експериментални доказателства,
с експериментални доказателства,
13:02
that quantum coherence
takes place inside bacteria,
takes place inside bacteria,
231
770256
3776
че квантова кохерентност
протича в бактериите, които
протича в бактериите, които
13:06
carrying out photosynthesis.
232
774056
1686
фотосинтезират.
13:07
The idea is that the photon,
the particle of light, the sunlight,
the particle of light, the sunlight,
233
775766
3064
Идеята е, че фотонът, частицата
на светлината, слънчевата светлина,
на светлината, слънчевата светлина,
13:10
the quantum of light
captured by a chlorophyll molecule,
captured by a chlorophyll molecule,
234
778854
3344
квантът на светлината,
уловен от хлорофилна молекула,
уловен от хлорофилна молекула,
13:14
is then delivered to what's called
the reaction center,
the reaction center,
235
782222
2591
после се предава на нещо, наречено
център за реагиране,
център за реагиране,
13:16
where it can be turned into
chemical energy.
chemical energy.
236
784837
2064
където може да бъде превърнат
в химическа енергия.
в химическа енергия.
13:18
And in getting there,
it doesn't just follow one route;
it doesn't just follow one route;
237
786925
2648
И докато стигне дотам,
не следва само един път,
не следва само един път,
13:21
it follows multiple pathways at once,
238
789597
2215
той следва множество пътища
едновременно,
едновременно,
13:23
to optimize the most efficient way
of reaching the reaction center
of reaching the reaction center
239
791836
4337
за да оптимизира най-ефективния начин
за достигане на центъра за реагиране
за достигане на центъра за реагиране
13:28
without dissipating as waste heat.
240
796197
1721
без да се разсее като
ненужна топлина.
ненужна топлина.
13:31
Quantum coherence taking place
inside a living cell.
inside a living cell.
241
799228
3309
В жива клетка се случва
квантова кохерентност.
квантова кохерентност.
13:34
A remarkable idea,
242
802561
2120
Забележителна идея
13:36
and yet evidence is growing almost weekly,
with new papers coming out,
with new papers coming out,
243
804705
6235
и данните се трупат едва ли не седмично,
с новите доклади, които излизат,
с новите доклади, които излизат,
13:42
confirming that this
does indeed take place.
does indeed take place.
244
810964
2212
потвърждавайки, че това
наистина се случва.
наистина се случва.
13:45
My third and final example
is the most beautiful, wonderful idea.
is the most beautiful, wonderful idea.
245
813555
4739
Третият ми и последен пример
е най-красивата, прекрасна идея.
е най-красивата, прекрасна идея.
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
Тя също още е доста спорна,
но трябва да я споделя с вас.
но трябва да я споделя с вас.
13:54
The European robin
migrates from Scandinavia
migrates from Scandinavia
247
822405
4612
Европейската червеношийка
мигрира от Скандинавия
мигрира от Скандинавия
13:59
down to the Mediterranean, every autumn,
248
827041
2635
в Средиземноморието всяка есен
14:01
and like a lot of other
marine animals and even insects,
marine animals and even insects,
249
829700
3373
и подобно на много други морски животни
и дори насекоми,
и дори насекоми,
14:05
they navigate by sensing
the Earth's magnetic field.
the Earth's magnetic field.
250
833097
4300
тя се ориентира като усеща
магнитното поле на Земята.
магнитното поле на Земята.
14:10
Now, the Earth's magnetic field
is very, very weak;
is very, very weak;
251
838968
2427
Магнитното поле на Земята
е много, много слабо,
е много, много слабо,
14:13
it's 100 times weaker
than a fridge magnet,
than a fridge magnet,
252
841419
2080
то е 100 пъти по-слабо от това
на магнит на хладилника
на магнит на хладилника
14:15
and yet it affects the chemistry --
somehow -- within a living organism.
somehow -- within a living organism.
253
843523
5601
и все пак то някак влияе на химията
в един жив организъм.
в един жив организъм.
14:21
That's not in doubt --
a German couple of ornithologists,
a German couple of ornithologists,
254
849932
3806
Това не подлежи на съмнение –
двойка немски орнитолози,
двойка немски орнитолози,
14:25
Wolfgang and Roswitha Wiltschko,
in the 1970s, confirmed that indeed,
in the 1970s, confirmed that indeed,
255
853762
4260
Волфганг и Росуита Уилтчко,
през 70-те потвърдиха, че наистина,
през 70-те потвърдиха, че наистина,
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
червеношийката намира пътя, като
някак си усеща магнитното поле на Земята,
някак си усеща магнитното поле на Земята,
14:34
to give it directional information --
a built-in compass.
a built-in compass.
257
862047
3327
за да й даде информация за посоката -
вграден компас.
вграден компас.
14:37
The puzzle, the mystery was:
How does it do it?
How does it do it?
258
865398
2249
Загадката, тайната бе
как го прави.
как го прави.
14:40
Well, the only theory in town --
259
868351
3030
Единствената теория -
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
не знаем дали е вярната,
но друга няма -
но друга няма -
14:46
is that it does it via something
called quantum entanglement.
called quantum entanglement.
261
874865
2984
е, че го прави чрез нещо,
наречено квантово вплитане.
наречено квантово вплитане.
14:50
Inside the robin's retina --
262
878567
2374
В ретината на червеношийката -
14:52
I kid you not -- inside the robin's retina
is a protein called cryptochrome,
is a protein called cryptochrome,
263
880965
4232
не ви поднасям - в нейната ретина
има един протеин, наречен криптохром,
има един протеин, наречен криптохром,
14:57
which is light-sensitive.
264
885221
1380
който е светлочувствителен.
14:58
Within cryptochrome, a pair of electrons
are quantum-entangled.
are quantum-entangled.
265
886625
3939
В криптохрома двойка електрони
са квантово вплетени.
са квантово вплетени.
15:02
Now, quantum entanglement
is when two particles are far apart,
is when two particles are far apart,
266
890588
3232
Имаме квантово вплитане,
когато две частици са далеч една от друга
когато две частици са далеч една от друга
15:05
and yet somehow remain
in contact with each other.
in contact with each other.
267
893844
2834
и все пак, някак си остават
в контакт една с друга.
в контакт една с друга.
15:08
Even Einstein hated this idea;
268
896991
1446
И Айнщайн е мразел тази идея,
15:10
he called it "spooky action
at a distance."
at a distance."
269
898461
2039
наричайки я "призрачно действие
от разстояние".
от разстояние".
15:12
(Laughter)
270
900524
1881
(Смях)
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
И щом като Айнщайн не я харесва,
можем всички да се чувстваме неудобно.
можем всички да се чувстваме неудобно.
15:17
Two quantum-entangled electrons
within a single molecule
within a single molecule
272
905896
2853
Два квантово вплетени електрона
в една молекула
в една молекула
15:20
dance a delicate dance
273
908773
1471
танцуват нежен танц,
15:22
that is very sensitive
to the direction the bird flies
to the direction the bird flies
274
910268
2541
много чувствителен към
посоката на летене на птицата
посоката на летене на птицата
15:24
in the Earth's magnetic field.
275
912833
1531
в магнитното поле на Земята.
15:26
We don't know if it's
the correct explanation,
the correct explanation,
276
914848
2610
Не знаем дали това е
вярното обяснение,
вярното обяснение,
15:29
but wow, wouldn't it be exciting
if quantum mechanics helps birds navigate?
if quantum mechanics helps birds navigate?
277
917482
4544
но еха, не е ли вълнуващо, ако квантовата
механика помага на птиците за ориентиране?
механика помага на птиците за ориентиране?
15:35
Quantum biology is still in it infancy.
278
923069
2721
Квантовата биология е още съвсем млада.
15:37
It's still speculative.
279
925814
3484
Все още е теоретична.
15:41
But I believe it's built on solid science.
280
929742
3849
Но аз вярвам, че основата ѝ
е солидна наука.
е солидна наука.
15:45
I also think that
in the coming decade or so,
in the coming decade or so,
281
933917
3809
Мисля също, че през
идното десетилетие
идното десетилетие
15:49
we're going to start to see
that actually, it pervades life --
that actually, it pervades life --
282
937750
4841
ще започнем да разбираме,
че всъщност, тя е навсякъде в живота,
че всъщност, тя е навсякъде в живота,
15:54
that life has evolved tricks
that utilize the quantum world.
that utilize the quantum world.
283
942615
4596
че животът е създал трикове,
които използват квантовия свят.
които използват квантовия свят.
16:00
Watch this space.
284
948026
1428
Следете какво се случва при нас.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Благодаря ви.
16:02
(Applause)
286
950659
2202
(Аплодисменти)
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