量子物理學和生物學這兩個看似互不相容的科學領域之間的非正統而古怪的合作，正在對我們生活世界的本質產生迷人的新洞見。

生物系統本質上是動態的，不斷地與環境交換能量和物質，維持著與生命等同的非平衡狀態。另一方面，量子力學是描述原子、亞原子粒子、分子和分子團的行為和性質的基本理論，而且可能遠遠超出我們目前的知識領域。

• ​DNA——生命的基石

當量子物理學處理納米尺度的測量時，生物學與量子物理學是聯繫在一起的，而前者並不比微觀尺度小。你的懷疑是合理的。繼續閱讀，瞭解量子物理是如何塑造我們世界上許多重要的生物現象的。

光合作用

您可能對這個過程需要什麼有一個大致的概念。植物和一些種類的細菌吸收陽光和水來合成“食物”，即碳水化合物，並作為廢物釋放氧氣，這是所有其他生物生存所必需的。

然而，這一過程究竟包含了什麼呢？

色素體是植物中能夠從射入的太陽光或其他光源中收集光子或光粒子的著色細胞。然後它們釋放出激子，這是吸收過多能量的結果。這些能量可以轉化為化學能，植物可以代謝這些化學能。

整個過程發生在十億分之一秒，接近100%的效率，確保一個微不足道的能源損失！在這個快速發展的世界裡，效率是最重要的。顯然，光合作用的巧妙機制確實是自然界最偉大的奇蹟之一。那麼，到底發生了什麼？

• ​光合作用

激子不是沿著單一的線性路徑運動，而是像波一樣運動。當一系列激子一起運動時，它們的波狀運動疊加起來產生量子相干。聽起來很不錯，對吧?

這種量子相干性要求激子測試所有可能的路徑，然後選擇最有效的路徑。

現在，想象一下，如果我們能在我們自己的技術上模仿這一現象，對能源生產行業將是多麼大的突破。高效的太陽能電池板和持久的電池可以為綠色和光明的未來鋪平道路。

磁場感應

人們早就知道，一些鳥類和海洋動物通過與地球磁場相互作用的內部化學羅盤來導航。

然而，事實是地球磁場太虛弱，無法刺激它們的感官，所以鳥類實際上是如何導航的呢?

隱花色素是一種特殊的蛋白質，存在於歐洲知更鳥和其他動物的眼睛中。當陽光照射到他們的視網膜時，這種蛋白質會釋放出兩個未配對的電子，稱為光誘導自由基對。

• ​色素團的化學和鍵結構，存在於鳥類的眼睛

未配對電子極易受到微小變化的影響。它們的自旋方向與地球磁場方向一致，因此給了它們方向感。所有這些過程都發生在量子水平上，這使得它成為另一個大多數人從未想過的量子生物學現象!

嗅覺:嗅覺

人類天生具有區分數千種不同氣味的能力。當香氣分子從空氣中進入我們的鼻孔時，它們與鼻子內部的受體相互作用，就像光子與視神經相互作用一樣，賦予我們視覺的力量。問題是，嗅覺神經是如何區分氣味的?正如你可能猜到的，它肯定與量子物理有關!

• ​與空氣一起吸入芳香分子的過程，在此過程中，芳香分子與嗅覺神經接觸，產生嗅覺。

當一個芳香分子與鼻子中的一個特定受體相互作用時，該分子中的一個電子通過量子隧道傳遞到受體的另一邊。量子隧穿是一種現象，在這種現象中，電子、質子和中子等亞原子粒子穿過一個屏障，否則，這個屏障是不可能通過的。通過這樣做，它將氣味分子中的信息轉化為電信號，然後電信號被導向大腦，讓我們能夠檢測並快速識別氣味。

量子認知

​認知可以被定義為“通過思維、經歷或感覺獲得知識和理解的心理活動或過程”。

​計算機的大腦

進入“量子認知”，一個新的理論，表明量子力學背後的數學原理，如概率論，可以用來更好地理解人類行為背後的心理學。畢竟，思維是基於我們大腦的認知能力，而大腦的功能是基於電脈衝，這是在量子水平上觀察到的。

讓我們來看看經典的“囚徒困境”思維實驗，以更好地理解人類大腦的認知能力。兩個罪犯被提供了揭發對方罪行的機會。如果一個人出賣了另一個人，而另一個人沒有出賣他，叛徒就會被釋放，而另一個人則會被判三年徒刑。如果他們兩個互相告發，各自服刑兩年。如果他們都不出賣對方，他們每人得到一年。如果我們認為兩個罪犯總是為了自己的利益行事，如果他們不知道對方的陳述，他們就會出賣對方。

當把古典概率論應用於這個思維實驗時，它無法解釋它。如果第一個罪犯肯定知道第二個會配合，那麼揭發他，讓他自己的罪行逍遙法外就更有意義了;第二名罪犯也是如此。因此，你可以得出結論，無論其他罪犯在做什麼，最好是叛變。從經典的角度來看，這一切都變得相當混亂。

然而，量子解釋的效果要好一些。在薛定諤的貓實驗中，貓在封閉的盒子裡是死是活的可能性是一樣的，除非盒子被打開，貓的狀態被觀察到。把這個結果應用到我們的實驗中，可以說這些可能性中的每一種都像一個思維波。就像其他的波(光、聲、水)會相互干擾一樣，選擇是把另一個囚犯關在門外，還是閉上嘴，這些選擇的波也會相互干擾，要麼相互抵消，形成一個更小的波，要麼形成一個更大的波。這意味著如果一個罪犯願意合作，另一個也可能會合作!

這個例子看起來有點難理解，但在現實中，概率論是一個碰運氣的遊戲;通過量化，所有各方都獲得了平等的機會，確保每一項決策都會影響到彼此。

結論

自然選擇當然已經為生命系統提出了各種方法，不管規模和範圍如何，自然地利用量子現象。

雖然在這個跨學科領域還沒有太多發現，雖然我們離充分利用我們對量子生物學的理解來推動技術進步還很遠，但生物激發的量子設備將超越經典的低效的類似物的時代已經不遠了。

20世紀60年代，“熱、溼、複雜”的生物系統被認為與量子力學的微觀世界完全不相容，而現在我們已經達到了一個新的理解階段。現在，“量子現象能影響生物學嗎?”被“如果他們這樣做了，會產生什麼影響，是如何發生的?”“考慮到地球上的進化已經有35億年的時間來設計不同的方法來利用量子力學的異常現象，量子生物學似乎有很多迷人的空間可以探索!”