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Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life’s biggest questions

ジム・アルカリリ: 量子生物学は生命の最大の謎を解明するか?

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コマドリはどうやって南方へと渡っていくのでしょうか?その答えはあなたの想像以上に奇妙かもしれません。量子力学が関わっているのです。ジム・アルカリリはとても新しくかつ奇妙な分野である量子生物学に関する話をまとめました。アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだ量子力学的作用が渡り鳥の飛行を助けたり、様々な量子効果が生物の起源そのものについても説明し得るのではないかと語ります。

- 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

I'd私は like好きな to introduce紹介する you君は
to an emerging新興 areaエリア of science科学,
最近注目されるようになってきた
科学の一分野を紹介したいと思います
00:13
one1 thatそれ is stillまだ speculative投機的
butだけど hugely大いに excitingエキサイティング,
それはとても興味深い分野です
まだ確立はしていないものの
00:17
andそして certainly確かに one1
that'sそれは growing成長する very非常に rapidly急速に.
この分野は確実にそして
急速に進歩しています
00:21
Quantum量子 biology生物学
asks尋ねる aa very非常に simple単純 question質問:
量子生物学の問いかけは
とてもシンプルです
00:25
Doesする quantum量子 mechanics力学 ---
量子力学は ―
00:29
thatそれ weird奇妙な andそして wonderful素晴らしい
andそして powerful強力な theory理論
奇妙ながら素晴らしく
かつ強力な理論であり
00:30
of theその subatomic亜原子 world世界
of atoms原子 andそして molecules分子
原子や分子を構成する
亜原子の世界を記述し
00:34
thatそれ underpins下支え soそう muchたくさん
of modernモダン physics物理 andそして chemistry化学 ---
現代物理学や化学の
土台となっていますが ―
00:36
alsoまた、 play遊びます aa role役割 inside内部 theその living生活 cell細胞?
この理論が生物の細胞においても
重要な働きがあるのか という問いです
00:40
In otherその他 words言葉: Are thereそこ processesプロセス,
mechanismsメカニズム, phenomena現象
別の言葉でいえば
量子力学によってのみ説明し得るような
00:43
in living生活 organisms生物
thatそれ canできる onlyのみ be〜する explained説明した
生物におけるプロセス、機構
現象といったものが
00:47
with〜と aa helping助ける handハンド
fromから quantum量子 mechanics力学?
あるのだろうか という問いかけです
00:51
Now, quantum量子 biology生物学 isn'tない new新しい;
さて 量子生物学は
新しい学問ではありません
00:55
it'sそれは beenされている aroundまわり since以来 theその early早い 1930ss.
1930年代の前半頃に登場しました
00:57
Butだけど it'sそれは onlyのみ in theその last最終 decade10年 orまたは soそう
thatそれ careful慎重に experiments実験 ---
しかし ここ十年程になって
生化学の実験室において
00:59
in biochemistry生化学 labsラボ,
usingを使用して spectroscopy分光法 ---
分光学的な手法によって
精密な実験が行われ
01:03
have持ってる shown示された very非常に clearクリア, firm当社 evidence証拠
thatそれ thereそこ are certainある specific特定 mechanismsメカニズム
量子力学によってのみ説明可能な
生体におけるある種の仕組みがあるという
01:07
thatそれ require要求する quantum量子 mechanics力学
to explain説明する themそれら.
とても明確で確固たる証拠が得られました
01:14
Quantum量子 biology生物学 bringsもたらす together一緒に
quantum量子 physicists物理学者, biochemists生化学者,
量子生物学の分野においては
量子物理学者、生化学者
01:17
molecular分子 biologists生物学者 ---
it'sそれは aa very非常に interdisciplinary学際的 fieldフィールド.
分子生物学者が
密に協力して研究が進められています
01:21
I come来る fromから quantum量子 physics物理,
soそう I'm私は aa nuclear physicist物理学者.
私は量子力学者
つまり核物理学を専門としています
01:24
I've私は spent過ごした moreもっと thanより three decades数十年
30年以上の間
01:28
trying試す to get取得する myじぶんの head
aroundまわり quantum量子 mechanics力学.
量子力学について
思考を巡らせてきました
01:30
One1 of theその founders創業者
of quantum量子 mechanics力学, Nielsニールズ Bohrボーア,
量子力学の創始者の一人
ニールス・ボーアは言っています
01:33
said前記, Ifif you'reあなたは notない astonished驚いた by〜によって itそれ,
then次に you君は haven't持っていない understood理解された itそれ.
「驚きを感じないようであれば
この理論は理解できていない」 と
01:36
Soそう I sortソート of feel感じる happyハッピー
thatそれ I'm私は stillまだ astonished驚いた by〜によって itそれ.
私は今でも驚きを感じていますから
ある意味満足しています
01:40
That'sそれは aa good良い thingもの.
これは良いことです
01:43
Butだけど itそれ means手段 I study調査 theその very非常に
smallest最小 structures構造 in theその universe宇宙 ---
さて私は物体を構成する基本ブロック―
01:44
theその building建物 blocksブロック of reality現実.
宇宙における最小構造を研究しています
01:51
Ifif we我々 think思う about theその scale規模 of sizeサイズ,
そのスケールとはこんな感じです
01:53
start開始 with〜と an everyday毎日 objectオブジェクト
like好きな theその tennisテニス ball,
日常的なテニスボールから始め-
01:57
andそして justちょうど go行く downダウン orders注文
of magnitudeマグニチュード in sizeサイズ ---
何桁も小さなものを見ていきます
02:00
fromから theその eye of aa needle downダウン to aa cell細胞,
downダウン to aa bacterium細菌, downダウン to an enzyme酵素 ---
針穴、細胞、バクテリア
そして酵素へとさかのぼり
02:03
you君は eventually最終的に reachリーチ theその nano-worldナノ世界.
やがてナノの世界に辿りつきます
02:08
Now, nanotechnologyナノテクノロジー mayかもしれない be〜する
aa term期間 you'veあなたは heard聞いた of.
ナノテクノロジーという言葉を
耳にしたこともあるでしょう
02:09
Aa nanometerナノメートル is aa billionth十億 of aa meterメートル.
ナノメートルとは1メートルの十億分の1です
02:12
Myじぶんの areaエリア is theその atomicアトミック nucleus,
whichどの is theその tiny小さな dotドット inside内部 an atom原子.
私の専門分野は原子核に関するもので
それは原子の中ではほんの一点に過ぎず
02:16
It'sそれは even偶数 smaller小さい in scale規模.
もっと小さなスケールです
02:20
Thisこの is theその domainドメイン of quantum量子 mechanics力学,
これが量子力学のカバーする領域であり
02:22
andそして physicists物理学者 andそして chemists化学者
have持ってる had持っていました aa long長いです time時間
物理学者や化学者が理解を深めようと
02:24
to tryお試しください andそして get取得する used中古 to itそれ.
努めてきた分野です
02:27
Biologists生物学者, on theその otherその他 handハンド,
have持ってる got持っている offオフ lightly軽く, in myじぶんの view見る.
一方 生物学者はこの分野からは
少し距離を置いていたと思います
02:29
They彼ら are very非常に happyハッピー with〜と their彼らの
balls-and-sticksボール・アンド・スティック modelsモデル of molecules分子.
球と棒からなる分子模型に
十分満足していますから
02:34
(Laughter笑い)
(笑)
02:38
Theその ballsボール are theその atoms原子, theその sticksスティック
are theその bonds債券 betweenの間に theその atoms原子.
球は原子を
棒は原子間の結合を表しています
02:39
Andそして whenいつ they彼ら can'tできない buildビルドする themそれら
physically物理的に in theその lab研究室,
実験室で物理的に
こういうものが作れなくても
02:42
nowadays今日は, they彼ら have持ってる
very非常に powerful強力な computersコンピュータ
今ではパワフルなコンピューターによって
02:45
thatそれ will意志 simulateシミュレートする aa huge巨大 molecule分子.
巨大な分子のシミュレーションが可能です
02:47
Thisこの is aa proteinタンパク質 made upアップ
of 100,000 atoms原子.
これは十万個の原子からなるタンパク質です
02:49
Itそれ doesn'tしない really本当に require要求する muchたくさん in theその way方法
of quantum量子 mechanics力学 to explain説明する itそれ.
これを理解するのに
量子力学はほとんど必要としません
02:54
Quantum量子 mechanics力学
wasあった developed発展した in theその 1920ss.
量子力学は1920年代に生まれました
02:59
Itそれ is aa setセット of beautiful綺麗な andそして powerful強力な
mathematical数学 rulesルール andそして ideasアイデア
一連の美しく かつパワフルな
数学的な規則と概念によって
03:02
thatそれ explain説明する theその world世界 of theその very非常に small小さい.
とても微小な世界を説明します
03:09
Andそして it'sそれは aa world世界 that'sそれは very非常に different異なる
fromから our我々の everyday毎日 world世界,
何兆もの原子からなるような
日常の世界とは
03:12
made upアップ of trillions数兆 of atoms原子.
かけ離れています
03:15
It'sそれは aa world世界 built建てられた
on probability確率 andそして chanceチャンス.
確率と偶然が支配する
03:17
It'sそれは aa fuzzyファジー world世界.
ファジーな世界です
03:21
It'sそれは aa world世界 of phantomsファントム,
まるで幻影を見ているようであり
03:23
whereどこで particles粒子 canできる alsoまた、 behave行動する
like好きな spread-outスプレッドアウト waves.
そこでは粒子は
広がりを持った波としても振舞います
03:24
Ifif we我々 imagine想像する quantum量子 mechanics力学
orまたは quantum量子 physics物理, then次に,
量子力学 もしくは量子物理学が
03:30
asとして theその fundamental基本的な
foundation財団 of reality現実 itself自体,
現実の世界の基本原理と考えるのならば
03:33
then次に it'sそれは notない surprising驚くべき thatそれ we我々 sayいう
有機化学にも量子物理学の
03:38
quantum量子 physics物理 underpins下支え
organicオーガニック chemistry化学.
影響があると考えても
不思議ではありません
03:40
After allすべて, itそれ gives与える us米国
theその rulesルール thatそれ telltell us米国
つまるところ この理論によって
03:42
howどうやって theその atoms原子 fitフィット together一緒に
to make作る organicオーガニック molecules分子.
原子が一体となり有機分子が形成される
規則が説明されます
03:44
Organicオーガニック chemistry化学,
scaled縮尺 upアップ in complexity複雑,
有機化学は複雑さが増すことによって
03:47
gives与える us米国 molecular分子 biology生物学,
whichどの of courseコース leadsリード to life生活 itself自体.
分子生物学となり そしてもちろん
生命そのものにつながります
03:50
Soそう in aa way方法, it'sそれは sortソート of notない surprising驚くべき.
これが想定内だと言える理由です
03:54
It'sそれは almostほぼ trivial自明.
そんな説明では不十分です
03:56
You君は sayいう, "Wellよく, of courseコース life生活 ultimately最終的に
must必須 depend依存する of quantum量子 mechanics力学."
「もちろん とことん遡って行けば
生命の仕組みだって量子力学に依存するはずさ」
03:57
Butだけど soそう doesする everythingすべて elseelse.
そんな理屈では
何ごとにも当てはまってしまいます
04:02
Soそう doesする allすべて inanimate生きていない matter問題,
made upアップ of trillions数兆 of atoms原子.
無生物は何兆もの原子からなっています
04:04
Ultimately最終的に, there'sそこに aa quantum量子 levelレベル
究極的には
奇妙な現象を考えなければならない
04:08
whereどこで we我々 have持ってる to delve掘り下げる into
thisこの weirdness奇妙.
量子のレベルにたどり着くことになります
04:13
Butだけど in everyday毎日 life生活,
we我々 canできる forget忘れる about itそれ.
しかし 日常的な世界では
忘れても構いません
04:15
Becauseなぜなら once一度 you君は put置く together一緒に
trillions数兆 of atoms原子,
なぜなら何兆という原子が一緒になると
04:18
thatそれ quantum量子 weirdness奇妙
justちょうど dissolves溶解する away離れて.
量子的な奇妙さは
消し飛んでしまうからです
04:21
Quantum量子 biology生物学 isn'tない about thisこの.
でも量子生物学ではどうでしょうか
04:27
Quantum量子 biology生物学 isn'tない thisこの obvious明らか.
量子生物学はこの点について
明らかではありません
04:29
Of courseコース quantum量子 mechanics力学
underpins下支え life生活 at〜で some一部 molecular分子 levelレベル.
もちろん 生命をある分子のレベルで見れば
そこには量子力学の仕組みがあります
04:32
Quantum量子 biology生物学 is about looking探している
forために theその non-trivial自明ではない ---
量子生物学とは
量子力学特有の
04:37
theその counterintuitive反直観的 ideasアイデア
in quantum量子 mechanics力学 ---
直観に反するような作用が
露わになっていないか もしくは
04:43
andそして to see見る ifif they彼ら do行う, indeed確かに,
play遊びます an important重要 role役割
生物の各過程を説明する上で
実際に重要な役割を
04:47
in describing記述 theその processesプロセス of life生活.
果たしていないかを
探し求める学問です
04:50
Hereここに is myじぶんの perfect完璧な example
of theその counterintuitiveness反対性
量子の世界における
直観に反する概念を説明する
04:54
of theその quantum量子 world世界.
好例をお見せします
04:59
Thisこの is theその quantum量子 skierスキーヤー.
量子スキーヤーがいます
05:01
He seems思われる to be〜する intact損なわれていない,
he seems思われる to be〜する perfectly完全に healthy健康,
彼は全く正常で
完全に健康であるようです
05:02
andそして yetまだ, he seems思われる to have持ってる gone行った aroundまわり
bothどちらも sides両側 of thatそれ tree at〜で theその same同じ time時間.
しかしながら木の両側を
同時に滑り抜けていくように見えます
05:05
Wellよく, ifif you君は saw見た tracksトラック like好きな thatそれ
こんなシュプールを見たら
05:09
you'dあなたは guess推測 itそれ wasあった some一部
sortソート of stuntスタント, of courseコース.
きっと離れ技だと思うでしょう
05:11
Butだけど in theその quantum量子 world世界,
thisこの happens起こる allすべて theその time時間.
しかし こんなことが
量子の世界では始終起きています
05:13
Particles粒子 canできる multitaskマルチタスク,
they彼ら canできる be〜する in two places場所 at〜で once一度.
粒子は同時に2か所に存在し
多重に振る舞うことが可能です
05:16
They彼ら canできる do行う moreもっと thanより one1 thingもの
at〜で theその same同じ time時間.
同時に2つ以上のことが
できるのです
05:19
Particles粒子 canできる behave行動する
like好きな spread-outスプレッドアウト waves.
粒子は広がりのある
波のように振る舞うこともできます
05:22
It'sそれは almostほぼ like好きな magicマジック.
これはまるで魔法のようです
05:25
Physicists物理学者 andそして chemists化学者 have持ってる had持っていました
nearlyほぼ aa century世紀
物理学者や化学者が
この奇妙さを理解しようと
05:27
of trying試す to get取得する used中古 to thisこの weirdness奇妙.
ほぼ1世紀近く 努力してきました
05:30
I don'tしない blame責任 theその biologists生物学者
生物学者が量子力学を鑑みず
05:33
forために notない having持つ to orまたは wanting欲しい
to learn学ぶ quantum量子 mechanics力学.
学ぼうとしなかったことを
非難するつもりはありません
05:34
You君は see見る, thisこの weirdness奇妙 is very非常に delicate繊細;
この奇妙な現象はとても繊細で
05:37
andそして we我々 physicists物理学者 work作業 very非常に hardハード
to maintain維持する itそれ in our我々の labsラボ.
物理学者は 実験室でその状態を保つことに
多大な努力を払ってきました
05:40
We我々 coolクール our我々の systemシステム downダウン
to near近く absolute絶対の zeroゼロ,
装置を絶対零度近くに冷却し
05:45
we我々 carryキャリー outでる our我々の experiments実験 in vacuums真空,
真空状態で実験を行い
05:49
we我々 tryお試しください andそして isolate分離する itそれ
fromから anyどれか external外部 disturbance外乱.
隔離して 外部からの影響を
受けないように試みます
05:51
That'sそれは very非常に different異なる fromから theその warm暖かい,
messy厄介な, noisyうるさい environment環境 of aa living生活 cell細胞.
生細胞の中の 暖かく 無秩序で
ノイズの多い環境とはとても異なっています
05:55
Biology生物学 itself自体, ifif you君は think思う of
molecular分子 biology生物学,
生物学 ― 分子生物学について言えば
06:01
seems思われる to have持ってる done完了 very非常に wellよく
in describing記述 allすべて theその processesプロセス of life生活
化学の言葉 つまり化学的な作用によって
あらゆる生命の仕組みを
06:04
in terms条項 of chemistry化学 ---
chemical化学 reactions反応.
とても上手く説明してきたと言えるでしょう
06:08
Andそして theseこれら are reductionist還元主義者,
deterministic決定的な chemical化学 reactions反応,
それは 還元主義的で 決定論的な
化学反応論でした
06:10
showing表示 thatそれ, essentially基本的に, life生活 is made
of theその same同じ stuffもの asとして everythingすべて elseelse,
生命も本質的には他の物と
同様な集合体であり
06:15
andそして ifif we我々 canできる forget忘れる about quantum量子
mechanics力学 in theその macroマクロ world世界,
巨視的な世界では量子力学的な効果は
無視できるのだとすれば
06:20
then次に we我々 should〜すべき be〜する ableできる to forget忘れる
about itそれ in biology生物学, asとして wellよく.
生物学においても無視できるに
違いありません
06:23
Wellよく, one1 manおとこ begged乞った
to differ異なる with〜と thisこの ideaアイディア.
しかし ここに異を唱えた人物がいます
06:27
Erwinエルウィン Schrschrödingerディンジャー,
of Schrschrödinger'sディンガー Catネコ fame名声,
その人とは『シュレーディンガーの猫』で有名な
オーストリアの物理学者
06:32
wasあった an Austrianオーストリア physicist物理学者.
エルヴィン・シュレーディンガーです
06:35
He wasあった one1 of theその founders創業者
of quantum量子 mechanics力学 in theその 1920ss.
彼は1920年代における
量子力学の創始者の一人です
06:36
In 1944, he wrote書きました aa book
calledと呼ばれる "What is Life生活?"
1944年に『生命とは何か?』
という本を執筆しました
06:40
Itそれ wasあった tremendously驚くほど influential影響力のある.
とても影響力のある本であり
06:43
Itそれ influenced影響を受け Francisフランシス Crickクリック
andそして Jamesジェームズ Watsonワトソン,
DNAの2重らせん構造を発見した
フランシス・クリックや
06:45
theその discoverers発見者 of theその double-helix二重らせん
structure構造 of DNADNA.
ジェームズ・ワトソンも
影響を受けました
06:48
To paraphrase言い換え aa description説明
in theその book, he says言う:
この本で彼は次の様なことを
述べています
06:51
At〜で theその molecular分子 levelレベル,
living生活 organisms生物 have持ってる aa certainある order注文,
「分子のレベルにおいて生物は
06:55
aa structure構造 to themそれら that'sそれは very非常に different異なる
ある程度の秩序と構造を有している
07:00
fromから theその randomランダム thermodynamic熱力学 jostling目白押し
of atoms原子 andそして molecules分子
これは同程度の複雑さを持った
無生物における
07:04
in inanimate生きていない matter問題
of theその same同じ complexity複雑.
原子や分子の 熱力学的な無秩序で
激しい動きとはとても異なっている」
07:08
In fact事実, living生活 matter問題 seems思われる to behave行動する
in thisこの order注文, in aa structure構造,
事実 生物は
無生物が絶対零度近くに冷却され
07:13
justちょうど like好きな inanimate生きていない matter問題
cooled冷却された downダウン to near近く absolute絶対の zeroゼロ,
量子力学的効果が
顕著になったときの様に
07:18
whereどこで quantum量子 effects効果
play遊びます aa very非常に important重要 role役割.
秩序や構造があるように
振る舞うように見えます
07:22
There'sそこに something何か special特別
about theその structure構造 --- theその order注文 ---
生細胞には構造 つまり
秩序があるという
07:26
inside内部 aa living生活 cell細胞.
特徴があるのです
07:30
Soそう, Schrschrödingerディンジャー speculated推測 thatそれ maybe多分
quantum量子 mechanics力学 plays演劇 aa role役割 in life生活.
そこで シュレーディンガーは 量子力学が生物に
一定の役割を果たしていると推測したのです
07:32
It'sそれは aa very非常に speculative投機的,
far-reaching遠い ideaアイディア,
それは不確かで遠大な構想であり
07:38
andそして itそれ didn'tしなかった really本当に go行く very非常に far遠い.
ほとんど発展を見ませんでした
07:41
Butだけど asとして I mentioned言及した at〜で theその start開始,
しかし 最初にお話したように
07:45
in theその last最終 10 years, thereそこ have持ってる beenされている
experiments実験 emerging新興,
ここ十年において
07:47
showing表示 whereどこで some一部 of theseこれら
certainある phenomena現象 in biology生物学
量子力学による説明を必要とするような
いくつもの生物学的な現象が
07:49
do行う seem思われる to require要求する quantum量子 mechanics力学.
実験によって明らかになってきました
07:53
I want欲しいです to shareシェア with〜と you君は
justちょうど aa few少数 of theその excitingエキサイティング onesもの.
その中でも 特にワクワクするようなものを
ご紹介したいと思います
07:55
Thisこの is one1 of theその best-knownもっとも知られている
phenomena現象 in theその quantum量子 world世界,
量子力学の世界で
良く知られる現象の一つに
08:00
quantum量子 tunnelingトンネリング.
量子トンネル効果があります
08:03
Theその boxボックス on theその left showsショー
theその wavelike波打ち際, spread-outスプレッドアウト distribution分布
左側の箱には電子のような粒子があり
08:05
of aa quantum量子 entityエンティティ ---
aa particle粒子, like好きな an electron電子,
量子力学的な性質によって
広がりをもった波として振舞っており
08:10
whichどの is notない aa little少し ball
bouncingバウンス offオフ aa wall.
壁で跳ね返される小球とは異なっています
08:12
It'sそれは aa wave thatそれ has持っている aa certainある probability確率
of beingであること ableできる to permeate透過した
この波はある一定の確率で
硬い壁を通り抜けることが出来ます
08:16
throughを通して aa solid固体 wall, like好きな aa phantomファントム
leaping飛び跳ねる throughを通して to theその otherその他 side.
まるで反対側へとすりぬける
幽霊のようです
08:21
You君は canできる see見る aa faintかすかな smudge汚れ of light
in theその right-hand右手 boxボックス.
右側の箱にちょっとした
光のしみが見えるでしょう
08:24
Quantum量子 tunnelingトンネリング suggests提案する thatそれ aa particle粒子
canできる hitヒット an impenetrable浸透しない barrierバリア,
量子トンネル効果とは
粒子が通り抜け不可能な障害物に当たっても
08:29
andそして yetまだ somehow何とか, asとして thoughしかし by〜によって magicマジック,
まるで魔法の様に なぜか
08:34
disappear姿を消す fromから one1 side
andそして reappear再現する on theその otherその他.
一方から消え
反対側に現れることです
08:36
Theその nicest素敵な way方法 of explaining説明する itそれ is
ifif you君は want欲しいです to throwスロー aa ball over以上 aa wall,
分りやすい例をあげます
壁の反対側へとボールを投げる時
08:39
you君は have持ってる to give与える itそれ enough十分な energyエネルギー
to get取得する over以上 theその top of theその wall.
壁を越え得るような十分なエネルギーを
与えなければなりません
08:43
In theその quantum量子 world世界,
you君は don'tしない have持ってる to throwスロー itそれ over以上 theその wall,
しかし量子力学の世界では
壁の上を越えようとしなくてもよく
08:47
you君は canできる throwスロー itそれ at〜で theその wall,
andそして there'sそこに aa certainある non-zeroゼロ以外 probability確率
ただ壁に向かって投げれば
ゼロではないある確率で
08:50
thatそれ it'llそれはよ disappear姿を消す on yourきみの side,
andそして reappear再現する on theその otherその他.
一方から消え
反対側に現れるのです
08:54
Thisこの isn'tない speculation投機, by〜によって theその way方法.
これは憶測ではありません
08:57
We're私たちは happyハッピー --- wellよく, "happyハッピー"
is notない theその right wordワード ---
我々量子物理学者はハッピーです
いや “ハッピー”はまずいですね
08:59
(Laughter笑い)
(笑)
09:02
we我々 are familiar身近な with〜と thisこの.
我々はこの現象を良く理解しています
09:04
(Laughter笑い)
(笑)
09:06
Quantum量子 tunnelingトンネリング
takesテイク place場所 allすべて theその time時間;
量子トンネル効果は
いつだって起きています
09:08
in fact事実, it'sそれは theその reason理由 our我々の Sun太陽 shines輝く.
実際 太陽が輝いているのも
そのお陰です
09:11
Theその particles粒子 fuseヒューズ together一緒に,
粒子の核融合反応において
09:14
andそして theその Sun太陽 turnsターン hydrogen水素
into heliumヘリウム throughを通して quantum量子 tunnelingトンネリング.
太陽は量子トンネル効果によって
水素原子をヘリウム原子に変えます
09:16
Backバック in theその 70ss andそして 80ss, itそれ wasあった discovered発見された
thatそれ quantum量子 tunnelingトンネリング alsoまた、 takesテイク place場所
70年代から80年代にかけて
量子トンネル効果が生細胞で起きていることが
09:21
inside内部 living生活 cells細胞.
発見されています
09:26
Enzymes酵素, thoseそれら workhorses労働者 of life生活,
theその catalysts触媒 of chemical化学 reactions反応 ---
生命における働き者の酵素 ―
これは化学反応における触媒のことで ―
09:28
enzymes酵素 are biomolecules生体分子 thatそれ speed速度 upアップ
chemical化学 reactions反応 in living生活 cells細胞,
生細胞における化学反応の速度を
何ケタも加速させる
09:34
by〜によって manyたくさんの, manyたくさんの orders注文 of magnitudeマグニチュード.
生体分子です
09:38
Andそして it'sそれは always常に beenされている aa mystery神秘
howどうやって they彼ら do行う thisこの.
その仕組みは
いつだって謎めいていますが
09:40
Wellよく, itそれ wasあった discovered発見された
あることが発見されました
09:43
thatそれ one1 of theその tricksトリック thatそれ enzymes酵素
have持ってる evolved進化した to make作る useつかいます of,
酵素がその働きを獲得した
1つのトリックは
09:44
is by〜によって transferring移転する subatomic亜原子 particles粒子,
like好きな electrons電子 andそして indeed確かに protons陽子,
電子や さらに陽子などの亜原子を
量子トンネル効果によって
09:49
fromから one1 part of aa molecule分子
to another別の via経由 quantum量子 tunnelingトンネリング.
ある分子から別の分子へと
移動させることです
09:54
It'sそれは efficient効率的な, it'sそれは fast速い,
itそれ canできる disappear姿を消す ---
それは効果的で すばやく
10:00
aa protonプロトン canできる disappear姿を消す fromから one1 place場所,
andそして reappear再現する on theその otherその他.
陽子は一方から消失し
反対側に再び現れます
10:03
Enzymes酵素 help助けて thisこの take取る place場所.
酵素はこの現象を起こし易くします
10:06
Thisこの is research研究 that'sそれは beenされている
carried運ばれた outでる backバック in theその 80ss,
このような研究は80年代に
10:08
particularly特に by〜によって aa groupグループ
in Berkeleyバークレー, Judithジュディス Klinmanクリンマン.
特にバークレー校のジュディス・クリンマンが
率いるグループによって進められました
10:11
Otherその他 groupsグループ in theその UKイギリス
have持ってる now alsoまた、 confirmed確認済み
英国の別のグループが
酵素のこの現象を
10:15
thatそれ enzymes酵素 really本当に do行う thisこの.
再検証しています
10:17
Research研究 carried運ばれた outでる by〜によって myじぶんの groupグループ ---
私のチームも研究を進めていますが ―
10:21
soそう asとして I mentioned言及した,
I'm私は aa nuclear physicist物理学者,
先ほど申し上げたように
私は核物理学者ですが ―
10:23
butだけど I've私は realized実現した I've私は got持っている theseこれら toolsツール
of usingを使用して quantum量子 mechanics力学
原子核を探求するための
量子力学の手法を
10:26
in atomicアトミック nuclei, andそして soそう canできる apply適用する
thoseそれら toolsツール in otherその他 areasエリア asとして wellよく.
他の分野にも応用できることに
気が付きました
10:29
One1 question質問 we我々 asked尋ねた
1つの疑問は
10:35
is whetherかどうか quantum量子 tunnelingトンネリング
plays演劇 aa role役割 in mutations突然変異 in DNADNA.
DNAの突然変異に量子トンネル効果が
関与しているのかということです
10:37
Again再び, thisこの is notない aa new新しい ideaアイディア;
itそれ goes行く allすべて theその way方法 backバック to theその early早い 60ss.
これも新しいアイデアではなく
60年代前半に遡ります
10:41
Theその two strandsストランド of DNADNA,
theその double-helix二重らせん structure構造,
2重らせん構造をもった
2本のDNAが
10:45
are held開催 together一緒に by〜によって rungsラング;
it'sそれは like好きな aa twistedねじれた ladderラダー.
横木によって結び付ついています
捩じられた梯子のようです
10:48
Andそして thoseそれら rungsラング of theその ladderラダー
are hydrogen水素 bonds債券 ---
この梯子の横木に当たる部分が
水素結合であり
10:51
protons陽子, thatそれ act行為 asとして theその glueグルー
betweenの間に theその two strandsストランド.
陽子が2本のひも状のDNAを
結びつける役割を果たしています
10:54
Soそう ifif you君は zoomズーム in, what they're彼らは doingやっている
is holdingホールディング theseこれら large molecules分子 ---
もっと拡大してみてみると
これらは大型の分子ヌクレオチドを
10:58
nucleotidesヌクレオチド --- together一緒に.
結びつけていることが分ります
11:03
Zoomズーム in aa bitビット moreもっと.
さらに拡大すると ―
11:06
Soそう, thisこの aa computerコンピューター simulationシミュレーション.
コンピュータによる
シミュレーション画像ですが
11:07
Theその two white ballsボール
in theその middle中間 are protons陽子,
中央にある2つの白いボールが
陽子(水素の原子核)を表しており
11:09
andそして you君は canできる see見る thatそれ
it'sそれは aa doubleダブル hydrogen水素 bondボンド.
2対の水素結合がご覧になれます
11:13
One1 prefers好む to sit座る on one1 side;
theその otherその他, on theその otherその他 side
2つの陽子がそれぞれ
ここでは示されていない
11:15
of theその two strandsストランド of theその vertical垂直 lines
going行く downダウン, whichどの you君は can'tできない see見る.
縦に伸びた2つのひもの左右の
何れかに分かれて位置しようとします
11:19
Itそれ canできる happen起こる thatそれ
theseこれら two protons陽子 canできる hopホップ over以上.
この2つの陽子が
飛び跳ねることがあります
11:24
Watch時計 theその two white ballsボール.
2つの白いボールをご覧下さい
11:27
They彼ら canできる jumpジャンプ over以上 to theその otherその他 side.
それぞれが反対側に
飛び移ることが可能です
11:29
Ifif theその two strandsストランド of DNADNA then次に separate別々の,
leading先導 to theその processプロセス of replication複製,
この時 2本のDNAが分離し
複製が行われると
11:32
andそして theその two protons陽子
are in theその wrong違う positionsポジション,
2つの陽子は誤った配置となり
11:37
thisこの canできる lead to aa mutation突然変異.
突然変異が起こります
11:41
Thisこの has持っている beenされている known既知の forために halfハーフ aa century世紀.
これは半世紀前から知られていたことです
11:43
Theその question質問 is: Howどうやって likelyおそらく
are they彼ら to do行う thatそれ,
疑問が生じます―
これはどの位の頻度で起こるのか
11:45
andそして ifif they彼ら do行う, howどうやって do行う they彼ら do行う itそれ?
そしてその仕組みは?
11:47
Do行う they彼ら jumpジャンプ across横断する,
like好きな theその ball going行く over以上 theその wall?
ボールが壁を超えるときのように
ジャンプするのか?
11:49
Orまたは canできる they彼ら quantum-tunnel量子トンネル across横断する,
even偶数 ifif they彼ら don'tしない have持ってる enough十分な energyエネルギー?
それとも 量子トンネル効果のように
十分なエネルギーがなくても起こるのか?
11:52
Early早い indications適応症 suggest提案する thatそれ
quantum量子 tunnelingトンネリング canできる play遊びます aa role役割 hereここに.
初期の研究結果によると
量子トンネル効果が起きているようです
11:57
We我々 stillまだ don'tしない know知っている yetまだ
howどうやって important重要 itそれ is;
その重要度については
まだ理解が進んでおらず
12:01
thisこの is stillまだ an open開いた question質問.
未解決の問題です
12:03
It'sそれは speculative投機的,
推測の域にあります
12:06
butだけど it'sそれは one1 of thoseそれら questions質問
thatそれ is soそう important重要
これは重要な未解決問題の一つであり
12:07
thatそれ ifif quantum量子 mechanics力学
plays演劇 aa role役割 in mutations突然変異,
量子力学が突然変異に
関わっているとすれば
12:10
surely確かに thisこの must必須 have持ってる big大きい implications意義,
特定のタイプの突然変異を理解する上で
12:12
to understandわかる certainある typesタイプ of mutations突然変異,
とても重要な意味を持つことは確実です
12:14
possiblyおそらく even偶数 thoseそれら thatそれ lead
to turning旋回 aa cell細胞 cancerous癌性の.
もしかすると 細胞のがん化を
引き起こしているのかもしれません
12:17
Another別の example of quantum量子 mechanics力学
in biology生物学 is quantum量子 coherenceコヒーレンス,
量子生物学における別の例は
量子コヒーレンスで
12:22
in one1 of theその most最も
important重要 processesプロセス in biology生物学,
生物学において
もっとも重要な過程の一つです
12:28
photosynthesis光合成: plants植物
andそして bacteria細菌 taking取る sunlight太陽光,
光合成によって
植物やバクテリアが太陽光を吸収し
12:30
andそして usingを使用して thatそれ energyエネルギー to create作成する biomassバイオマス.
そのエネルギーを使って
生体を作り上げます
12:34
Quantum量子 coherenceコヒーレンス is theその ideaアイディア
of quantum量子 entities実体 multitaskingマルチタスキング.
量子コヒーレンスとは 量子的なものが
同時に複数の振る舞いをすることです
12:38
It'sそれは theその quantum量子 skierスキーヤー.
量子スキーヤーのことです
12:42
It'sそれは an objectオブジェクト thatそれ behaves動作する like好きな aa wave,
物体が波のように振る舞うので
12:44
soそう thatそれ itそれ doesn'tしない justちょうど move動く
in one1 direction方向 orまたは theその otherその他,
どちらか一方向だけに動くのではなく
12:47
butだけど canできる followフォローする multiple複数 pathways経路
at〜で theその same同じ time時間.
同時に複数の経路を通って
移動することができます
12:50
Some一部 years ago,
theその world世界 of science科学 wasあった shockedショックを受けた
数年前にある実験結果を示す論文が
発表されたとき
12:54
whenいつ aa paper wasあった published出版された
showing表示 experimental実験的 evidence証拠
学会は震撼しました
12:58
thatそれ quantum量子 coherenceコヒーレンス
takesテイク place場所 inside内部 bacteria細菌,
バクテリア内部の光合成で
量子コヒーレンスが起きていることが
13:02
carrying運ぶ outでる photosynthesis光合成.
示されたのです
13:06
Theその ideaアイディア is thatそれ theその photon光子,
theその particle粒子 of light, theその sunlight太陽光,
こういうことです 太陽光としての
光子つまり光の粒子 もしくは
13:07
theその quantum量子 of light
captured捕獲 by〜によって aa chlorophyllクロロフィル molecule分子,
光の量子がクロロフィル分子によって
吸収され
13:10
is then次に delivered配信された to what's何ですか calledと呼ばれる
theその reaction反応 centerセンター,
反応中心と呼ばれる場所に
送り届けられ
13:14
whereどこで itそれ canできる be〜する turned回した into
chemical化学 energyエネルギー.
そこで化学エネルギーへと転じます
13:16
Andそして in getting取得 thereそこ,
itそれ doesn'tしない justちょうど followフォローする one1 routeルート;
そこに至るまでに
単一の経路を通るのではなく
13:18
itそれ follows続く multiple複数 pathways経路 at〜で once一度,
同時に複数の経路を通ることによって
13:21
to optimize最適化する theその most最も efficient効率的な way方法
of reaching到達 theその reaction反応 centerセンター
熱放散されることなく
最も効率の良い方法で
13:23
withoutなし dissipating消散する asとして waste廃棄物 heat.
反応中心へとたどり着くのです
13:28
Quantum量子 coherenceコヒーレンス taking取る place場所
inside内部 aa living生活 cell細胞.
量子コヒーレンスが生物の細胞の中でも
起きているのです
13:31
Aa remarkable顕著 ideaアイディア,
素晴らしい考えです
13:34
andそして yetまだ evidence証拠 is growing成長する almostほぼ weekly毎週,
with〜と new新しい papers論文 coming到来 outでる,
この現象が確かに起きていることを示す
新たな論文が提出されており
13:36
confirming確認する thatそれ thisこの
doesする indeed確かに take取る place場所.
ほぼ毎週のように証拠が
積み重ねられています
13:42
Myじぶんの third三番 andそして final最後の example
is theその most最も beautiful綺麗な, wonderful素晴らしい ideaアイディア.
3つ目 これが最後の例になりますが
最も美しく素晴らしいアイデアです
13:45
It'sそれは alsoまた、 stillまだ very非常に speculative投機的,
butだけど I have持ってる to shareシェア itそれ with〜と you君は.
これも未だ推論の域にありますが
是非ともご紹介したいと思います
13:50
Theその Europeanヨーロッパ robinロビン
migrates移行する fromから Scandinaviaスカンジナビア
ヨーロッパコマドリは毎秋
スカンジナビアから
13:54
downダウン to theその Mediterranean地中海, everyすべて autumn,
地中海沿岸に渡ります
13:59
andそして like好きな aa lotロット of otherその他
marineマリン animals動物 andそして even偶数 insects昆虫,
他の海に棲む動物
さらには昆虫と同じく
14:01
they彼ら navigateナビゲートする by〜によって sensingセンシング
theその Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド.
地球の磁場を感じながら
渡る方向を探ります
14:05
Now, theその Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド
is very非常に, very非常に weak弱い;
とはいっても 地球の磁場は
とてもとても微弱で
14:10
it'sそれは 100 times weaker弱い
thanより aa fridge冷蔵庫 magnet磁石,
冷蔵庫の扉に張り付ける磁石の
100分の1程度です
14:13
andそして yetまだ itそれ affects影響を与える theその chemistry化学 ---
somehow何とか --- within以内 aa living生活 organism生物.
それでも生物の中で
化学的な作用を及ぼします
14:15
That'sそれは notない in doubt疑問に思う ---
aa Germanドイツ人 coupleカップル of ornithologists鳥類学者,
これには疑いの余地がありません
事実 ドイツの鳥類学者
14:21
Wolfgangヴォルフガング andそして Roswithaロスチータ Wiltschkoウィルチェッコ,
in theその 1970ss, confirmed確認済み thatそれ indeed確かに,
ウルフガング、ロズウィサ・ヴィルトシュコ夫妻は
1970年代に
14:25
theその robinロビン doesする find見つける itsその way方法 by〜によって somehow何とか
sensingセンシング theその Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド,
コマドリが何らかの方法で地球の磁場を
感じることにより
14:30
to give与える itそれ directional指向性の information情報 ---
aa built-inビルトイン compassコンパス.
方角を知るのだということを確認しました
まるで体内方位磁針のようです
14:34
Theその puzzleパズル, theその mystery神秘 wasあった:
Howどうやって doesする itそれ do行う itそれ?
これは謎めいていました
その仕組みは?
14:37
Wellよく, theその onlyのみ theory理論 in townタウン ---
知りうる限り
考えられる理論は一つです
14:40
we我々 don'tしない know知っている ifif it'sそれは theその correct正しい theory理論,
butだけど theその onlyのみ theory理論 in townタウン ---
その正否は分りませんが
唯一考えられるのは
14:43
is thatそれ itそれ doesする itそれ via経由 something何か
calledと呼ばれる quantum量子 entanglementエンタングルメント.
「量子もつれ」といわれる現象です
14:46
Inside内部 theその robin'sロビンズ retina網膜 ---
コマドリの網膜の中には ―
14:50
I kidキッド you君は notない --- inside内部 theその robin'sロビンズ retina網膜
is aa proteinタンパク質 calledと呼ばれる cryptochromeクリプトクローム,
冗談を言っている訳ではありません―
クリプトクロムという光に敏感に反応する
14:52
whichどの is light-sensitive感光性.
タンパク質があります
14:57
Within以内 cryptochromeクリプトクローム, aa pairペア of electrons電子
are quantum-entangled量子もつれ.
クリプトクロムの中で一対の電子が
量子もつれを起こしているのです
14:58
Now, quantum量子 entanglementエンタングルメント
is whenいつ two particles粒子 are far遠い apart離れて,
量子もつれとは
2つの粒子が遠く離れていても
15:02
andそして yetまだ somehow何とか remain残る
in contact接触 with〜と each otherその他.
何らかの方法で互いに影響を
及ぼしあうことで
15:05
Even偶数 Einsteinアインシュタイン hated嫌いな thisこの ideaアイディア;
アインシュタインでさえも
この考えを嫌い
15:08
he calledと呼ばれる itそれ "spooky不気味な actionアクション
at〜で aa distance距離."
「不気味な遠隔操作」と
言い放ちました
15:10
(Laughter笑い)
(笑)
15:12
Soそう ifif Einsteinアインシュタイン doesn'tしない like好きな itそれ,
then次に we我々 canできる allすべて be〜する uncomfortable不快な with〜と itそれ.
アインシュタインが気に入らぬことには
不安が残ります
15:14
Two quantum-entangled量子もつれ electrons電子
within以内 aa singleシングル molecule分子
単一の分子内の
量子もつれの状態にある2つの電子は
15:17
danceダンス aa delicate繊細 danceダンス
繊細なダンスを演じます
15:20
thatそれ is very非常に sensitive敏感な
to theその direction方向 theその bird flies飛行機
地球の磁場の影響下
鳥が飛行する方向に対し
15:22
in theその Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド.
とても敏感に影響を受けます
15:24
We我々 don'tしない know知っている ifif it'sそれは
theその correct正しい explanation説明,
これが正しい説明となるかは
定かではありませんが
15:26
butだけど wowワオ, wouldn'tしないだろう itそれ be〜する excitingエキサイティング
ifif quantum量子 mechanics力学 helps助けて birds navigateナビゲートする?
量子力学的な作用が鳥の飛行に
一役買っているなんて凄いと思いませんか?
15:29
Quantum量子 biology生物学 is stillまだ in itそれ infancy幼児期.
量子生物学はまだ揺籃期にあります
15:35
It'sそれは stillまだ speculative投機的.
まだ推測の域にあります
15:37
Butだけど I believe信じる it'sそれは built建てられた on solid固体 science科学.
それでも確固たる科学的な手法で
築き上げられていると信じています
15:41
I alsoまた、 think思う thatそれ
in theその coming到来 decade10年 orまたは soそう,
今後十年程度の内に
15:45
we're私たちは going行く to start開始 to see見る
thatそれ actually実際に, itそれ pervades浸透する life生活 ---
量子力学的効果が生物内に
広く作用していて
15:49
thatそれ life生活 has持っている evolved進化した tricksトリック
thatそれ utilize利用する theその quantum量子 world世界.
生物はそのおかげで 進化したのだと
判明するものと私は考えています
15:54
Watch時計 thisこの spaceスペース.
この分野にご注目ください
16:00
Thank感謝 you君は.
どうも有難うございました
16:01
(Applause拍手)
(拍手)
16:02
Translated by Tomoyuki Suzuki
Reviewed by Misaki Sato

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About the speaker:

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."

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 speaker
Jim Al-Khalili | Speaker | TED.com