量子效應

生命裡的物理奧祕
知識通訊評論第105期

存在於物質微小尺度的量子效應，似乎與巨觀的生物風馬牛不相及。但是近來一些研究發現，在生物世界中存在著某種量子效應，這使得科學家想到，可以師法生物自然原理，來了解量子世界的奧祕。

南芥

從表面上看起來，量子效應跟生物有機體，這兩者似乎風馬牛不相及。量子效應通常只有在極小的奈米尺度才看得到，還要加上強力真空、超低溫、以及嚴密控管下的實驗室環境。生物有機體則居住在一個宏觀尺度的世界，那裡溫暖、混亂、什麼事情都不能控制。像是「同調性」這種一個系統裡每一部份波動模式，都保持一致的量子現象，在喧囂不已的細胞世界裡，維持不了百萬分之一秒鐘。

細胞世界

大家都這樣認為，但是近年來的研究發現，大自然知道一些物理學家不知道的奧祕：在大自然的世界裡，同調的量子過程可能根本俯拾即是。鳥類可以利用地球磁場導航，以及植物與細菌將陽光、二氧化碳與水分，轉化成有機物質光合作用的內在運作機制，這種認為是地球上最重要的生化反應，都是已知可能帶有同調性的例子。

美國麻省理工學院物理學家洛依德 (Seth Lloyd) 表示，生物學向來是什麼好用就用什麼，如果量子這套行得通，那又何樂而不為。有些研究者甚至已經開始談論一門稱為「量子生物學」的新學門，他們認為量子效應即使罕見，也是一種大自然運作的重要機制。實驗室裡想要弄出實用技術的物理學家，對此也頗為矚目。

洛依德說，他們很希望從這些生物系統巧妙運用量子的方式裡借鏡，倘若能夠對生物有機體如何維持量子效應多有瞭解，就可有助於研究者達到難以捉摸的量子運算目標，也許就能據此做出效能較佳的儲能裝置，或是有機太陽能電池之類的東西。