Opo iki mekanika kuantum lan kepiye wiwitane? Yen Max Planck ora nglirwakake salah sawijining saran sing ala, revolusi ing atomistik ora bakal diwiwiti. Wayahe penting yaiku ing taun 1878, nalika salah sawijining profesor takon marang Planck sing enom apa dheweke bakal golek karir fisika. Profesor Philip von Jolly marang Planck supaya golek gaweyan liya. Kabeh penemuan penting ing fisika diarani wis digawe, profesor kasebut njamin protege sing isih enom.

Minangka Planck banjur kelingan, von Jolly ngandhani:

"Fisika bisa terus lumayan, kanthi njelajah utawa nindakake iki, nanging sistem kanthi jangkar lan fisika teoritis wis meh rampung."

Kanthi ngetrapake salah sawijining prekara cilik, ternyata dheweke pungkasane entuk Hadiah Nobel Planck lan dheweke lair mekanika kuantum. Rincian sing ora nyenengake yaiku kedadeyan sing umum banget: Napa obyek kasebut sumringah kaya sing dienggo nalika digawe panas? Kabeh bahan, apa wae bahane digawe, polah sing padha nalika nambah suhu - ngetokake warna abang, kuning lan pungkasane putih. Ora ana ahli fisika ing abad kaping 19 sing bisa nerangake proses sing katon sederhana iki.

Masalah kasebut muncul minangka 'bencana ultraviolet' amarga teori paling apik ngramal yen obyek sing digawe panas nganti suhu sing dhuwur banget kudu ngetokake energi dawane dawa paling dawa. Amarga kita ngerti manawa arus sing kuat ora bakal nggawa bolam menyang sinar pati sing kuat, fisika ing abad kaping 19 jelas ora duwe tembung pungkasan ing kene.

Energi bisa digunakke

Planck nemokake wangsulan kasebut ing taun 1900 kanthi popularitas modern. Kasunyatane, dheweke ngira yen energi mung bisa digunakke utawa ditularake ing quanta diskrit, utawa jumlah. Iki minangka radikal fisika klasik, sing ujar manawa energi mili ing aliran terus-terusan. Nalika semana, Planck ora duwe alesan teoritis, nanging isih bisa dienggo kanthi cara kasebut. Kuantum sacara efektif mbatesi energi sing bisa diluncurake obyek sing digawe panas ing suhu apa wae. Dadi pungkasane ora ana sinar ultraviolet sing agawe mateni!

Revolusi kuantum

Mangkono wiwit revolusi kuantum. Pirang-pirang karya teoretis ditindakake dening Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr, lan titani fisika liyane kanggo nggawe inspirasi Planck dadi teori sing komprehensif, nanging iki mung wiwitan, amarga ora ana sing ngerti apa sing kedadeyan karo obyek nalika dadi panas.

Teori sing diasilake yaiku mekanika kuantum, sing gegayutan karo partikel lan transfer energi ing bagean partikel sing paling cilik, asale saka pengalaman saben dinane lan kabeh perkara sing ora bisa ditemokake karo aparat sensor sensual kita. Ora kabeh pancen ora katon! Sawetara efek kuantum didhelikake saka tampilan, sanajan cetha lan apik, kaya sinar srengenge lan lintang-lintang sing sumunar, kaya prekara sing durung bisa dingerteni sadurunge mekanika kuantum.

Pira fenomena saka jagad kuantum sing bisa dialami saben dinane? Informasi apa sing bisa ditemokake dening indra kita ing kasunyatan realita sejati? Nanging, kaya sing dituduhake teori asli, fenomena kuantum bisa ditemokake ing irung kita. Nyatane, bisa kedadeyan ing irung kita.

Quantum buntut

Apa sing kedadeyan ing irung nalika tangi turu lan mambu kopi utawa irisan roti ing roti bakar sing abadi? Iku mung kesan kanggo organ sensorik ing rai. Minangka Enrico Fermi, sing nggawe reaktor nuklir pertama ing donya, yen bawang goreng, ujar, luwih becik ngerti cara kerja organ sensor kita.

Mekanik Quantum (© Jay Smith)

Dadi sampeyan lagi ing kasur mikir babagan nggawe roti panggang sing seger. Molekul wangi mili liwat udhara. Napas sampeyan narik sawetara molekul kasebut menyang rongga irung ing antarane mripat, ing ndhuwur cangkem. Molekul ditempelake ing lapisan mukosa ing sisih ndhuwur rongga irung lan kepepet ing reseptor penciuman. Saraf penciuman nyumerepi ing otak kaya tentakel ubur-ubur, iku minangka siji-sijine bagean saka sistem saraf pusat sing terus-terusan kena pengaruh njaba.

Apa sing bakal kedadeyan mengko durung jelas. Kita ngerti manawa molekul ambu ora ana gandhengane karo 400 reseptor sing beda ing lumahing mukosa, kita ora ngerti persis apa lan kepiye kontak iki nggawe sensasi penciuman. Napa angel banget kanggo ngerti ambune?

Andrew Horsfield, peneliti ing Imperial College London, ujar:

"Sebagean, amarga kesulitan nindakake eksperimen kanggo mriksa apa sing kedadeyan ing reseptor penciuman."

Cara kerja aroma kasebut

Penjelasan konvensional babagan cara nggawe aroma wujude gampang: reseptor duwe bentuk molekul sing spesifik banget. Dheweke kaya kunci sing mung bisa dibukak nganggo tombol sing bener. Miturut teori iki, saben molekul sing mlebu ing irung pas karo reseptor. Otak nerjemahake kombinasi unik reseptor sing diaktifake molekul, kayata bau kopi. Kanthi tembung liyane, kita ngrasakake bentuk molekul! Nanging, ana masalah dhasar karo model 'kunci pembukaan'. '

Horsfield ujar:

"Sampeyan bisa duwe molekul kanthi wujud lan komposisi sing beda banget, kabeh bisa menehi kesan sing padha."

Kayane ana sing kudu melu, luwih saka sekedar bentuk, nanging kepiye? Alternatif kontroversial kanggo model iki nuduhake manawa pangerten kita ora mung diaktifake kanthi bentuk molekul, nanging uga kanthi cara molekul kasebut kedher. Kabeh molekul terus-terusan kedher ing frekuensi tartamtu, adhedhasar strukture. Apa bisa irung kita mbedakake beda-beda frekuensi geter kasebut? Luca Turin, ahli biofisika ing Pusat Riset Biomedis Alexander Fleming ing Yunani, yakin bisa.

Teori geter ambu ora enak

Turin, sing uga dadi salah sawijining ahli parfum terkemuka ing donya, diilhami dening teori wangi geter, sing kaping pisanan diajokake dening ahli kimia Malcolm Dyson ing taun 1938. Sawise Turin pisanan ngerti ide Dyson ing taun XNUMX-an, Turin wiwit golek molekul sing bisa ngidini dheweke nindakake. tes Dheweke fokus ing senyawa belerang sing duwe bau unik lan getaran molekul khas. Turin banjur prelu ngenali senyawa sing ora ana gandhengane, kanthi bentuk molekul sing beda karo belerang, nanging kanthi frekuensi geter sing padha, kanggo ngerti apa ana sulfur kasebut. Pungkasane dheweke nemokake siji, molekul sing ngemot boron. Mesthi ambune kaya belerang. "Aku kepengin banget ing kene," jarene, "aku ora bisa dadi kebetulan."

Wiwit dheweke nemokake sensasi penciuman iki, Turin nglumpukake bukti eksperimen kanggo ndhukung ide kasebut, lan kerja bareng Horsfield kanggo ngrampungake rincian teoritis. Limang taun kepungkur, Turin lan kanca-kancane ngrancang eksperimen ing endi sawetara molekul hidrogen ing wangi diganti deuterium, isotop hidrogen karo neutron ing inti, lan nemokake manawa manungsa bisa ngrasakake bedane. Amarga hidrogen lan deuterium duwe bentuk molekul sing padha nanging beda frekuensi geter, asil maneh nuduhake manawa irung bisa ndeteksi geter. Eksperimen karo lalat buah nuduhake asil sing padha.

Apa kita uga ngrasakake geter?

Gagasan Turin tetep kontroversial - data eksperimen kasebut mbagi komunitas peneliti olfaktori interdisipliner. Nanging yen bener, lan uga ora ana bentuke, kita uga krasa geter, kepiye cara irung? Turin ngramal yen efek kuantum, sing diarani tunneling, bisa uga kalebu. Ing mekanika kuantum, elektron lan kabeh partikel liyane duwe sifat dobel - masing-masing kalebu partikel lan gelombang. Kadhangkala iki ngidini elektron bisa obah liwat bahan kaya trowongan, kanthi cara sing bakal dilarang kanggo partikel miturut aturan fisika klasik.

Getaran molekul ambu ora enak bisa nyedhiyakake energi sing mlumpat mudhun ing energi sing dibutuhake elektron kanggo mlumpat saka salah sawijine reseptor ambu menyang sisih liyane. Kacepetan mlumpat diganti kanthi molekul sing beda, sing nyebabake impuls syaraf sing nggawe ing otak pemahaman bau sing beda.

Dadi irung kita bisa dadi detektor elektronik sing canggih. Kepiye irung bisa berkembang kanthi cara iki kanggo njupuk keuntungan saka keanehan kuantum kasebut?

Turin ujar:

"Aku ngira ora nganggep teknologi iki, bisa uga, kanthi sawetara pesanan gedhene. Papat milyar taun riset lan pangembangan kanthi pendanaan tanpa wates minangka wektu sing suwe kanggo evolusi. Nanging aku ora mikir bab sing paling apik tenan sing ditindakake urip. "