A tudósok megfejthették az ember mágneses térérzékelésének kvantumtitkát
2021 / 01 / 17 / Justin Viktor
A tudósok megfejthették az ember mágneses térérzékelésének kvantumtitkát
A madarak világáról az elmúlt évtizedben egy egész sor fantasztikus felfedezés született. Kiderült, hogy rendkívül fejlett intelligenciával rendelkeznek, és a dinoszauruszoknak ezek a kései utódai még bolygónk mágneses terét is látják, a kvantumfizika valamint a biokémia eszköztárát felhasználva könnyűszerrel igazodnak el hatalmas távolságok megtétele során is. És erre valószínűleg az ember is képes lehet.

Magnetopercepció

Már az is nagyon friss tudományos eredmény, hogy az ember egyáltalán képes - ha nem is tudatosan - érzékelni a Föld bolygó mágneses pólusainak irányát. Az, hogy minderre hogyan vagyunk képesek, eddig még nem sikerült megfigyelni. A tokiói Egyetem tudósainak most végre sikerült észlelni azt a kulcsreakciót, ami a vándormadarak és sok más élőlény mágneses tér-érzékelése, a föld pólusainak pontos iránymeghatározása mögött állhat.

A friss bizonyítékok tükrében úgy tűnik, hogy a kvantumfizika közvetlenül is befolyásolja a sejtek biokémiai reakcióit. Ez régi feltételezés, de a tudósok még soha nem látták működés közben.

A kísérletekhez egy rendkívül halvány fényvillanásokra is érzékeny, egyedi mikroszkópot készítettek, mellyel megfigyelték, ahogy egy speciális fényérzékeny anyagot tartalmazó emberi sejtkultúra dinamikusan reagált a mágneses mező változásaira.

A laboratóriumban megtapasztalt fény-reakció pontosan megegyezett azzal, ami a furcsa kvantumhatás alapján előre várható volt. "Semmit nem módosítottunk és nem adtunk hozzá ezekhez a sejtekhez. Úgy gondoljuk, hogy rendkívül erős bizonyítékaink vannak arra, hogy tisztán kvantummechanikai folyamatot figyeltünk meg, amint sejtszinten befolyásolja a kémiai aktivitást" -  mondta el Jonathan Woodward biofizikus.


Egy sejt fluoreszcenciája elhalványul, amikor mágneses tér halad el felette (Kép: Ikeya és Woodward, CC BY 4.0)

De vajon mi történik, és miért?

A dolgot többféleképpen próbálták már magyarázni, néhány kutató szerint egy egyedi kvantumreakció áll a háttérben, melyben a kriptokróm nevű fotoreceptorok jutnak szerephez. A kriptokróm sok élőlény sejtjeiben megtalálható, részt vesz a cirkadián ritmus szabályozásában, a vándormadarakban és más fajokban elősegítheti a mágneses mezők érzékelését.

Az ember nem látja a mágneses tereket, ugyanakkor a mi sejtjeinkben is megtalálható a kriptokróm. Arra nézvést már bizonyítékaink is vannak, hogy bár nem tudatosan, de az emberek is képesek érzékelni a Föld mágnesességét.

A kriptokrómban bekövetkező reakció vizsgálata érdekében a kutatók kék fény alá helyezték az emberi sejt-tenyészetet, amitől a sejtek gyengén fluoreszkáltak. Mindeközben különböző frekvenciájú mágneses mezőket mozdítottak el a sejtek felett.

Bizonyították Wigner Jenő sejtését: két párhuzamos valóság jelent meg egy kvantumkísérletben A valóság érzékelése rendkívül szubjektív, részt vesznek benne érzékszerveink, kultúránk és tudásunk, sőt még a véleménybuborékunk is. És ha mindez megtörtént, jön Wigner Jenő, a kvantumfizika, és több párhuzamos valóság, csak hogy ne kényelmesedjünk el.

Minden alkalommal, amikor a mágneses mező áthaladt a sejtek felett, a fluoreszcenciájuk 3,5 százalékkal csökkent, ami már elegendő változás a közvetlen reakció megállapításához. A következő kérdés értelemszerűen az volt: mi történik a fotoreceptorokban a mágneses mező megjelenésének következtében? A kutatók arra jutottak, hogy a reakció az elektronok spinjének köszönhető. 

A spint jelentősen befolyásolják a mágneses mezők. Ha az elektronok megfelelő módon rendeződnek el az atom körül, és elegendő mennyiségben rendelkezésre állnak, a keletkező anyagtömeg már egy olyan gyenge elektromágneses mezővel is mozgásba hozható, csak, mint ami a bolygónkat körülveszi. Ez jól jöhet egy navigációs iránytű elkészítéséhez, de a vándormadarak testében sehol sem található mágnesesen érzékeny anyag, tehát valami kisebb léptékű dolgot kellett keresni.


A madarak talán így láthatják az elektromágneses mezőket (Kép: Theoretical and Computational Biophysics/UofI)

Egy régi elmélet

A mágneses mezők kémiai reakciókat befolyásoló hatásáról 1975-ben alkotott elméletet Klaus Schulten, a Max Planck Intézet kutatója. Schulten az elméletben azt javasolta, hogy vezessék be az “elektrongyök-pár” fogalmát. A közönséges elektrongyök olyan elektron az atomok külső héjában, amely nem társul egy második elektronnal.

Néha ezek az agglegény elektronok összekapcsolódhatnak egy másik atomban található hasonló elektronnal, hogy elektrongyök-párt alkossanak. A két elektron így páratlan maradhat, de a közös történetük miatt összefonódottnak tekinthetőek, ami a kvantumfogalmak szempontjából azt jelenti, hogy spinjeik azonossá válnak, függetlenül attól, hogy milyen távol vannak egymástól. Mivel az összefonódás nem magyarázható folyamatos fizikai kapcsolattal, pusztán kvantumtevékenységről beszélhetünk, amit Albert Einstein kísérteties távolhatásnak nevezett. 

Kvantumhálózatok és az idő olvadó kristályai A kvantumszámítástechnika és kvantum-informatika a kvantum-kutatás két legérdekesebb területe, bár a kvantum számítógép és a kvantum-internet még várat magára. A megoldást ugyanakkor talán már ismerjük, az időkristályok képében.

A kvantum összefonódás rendkívül törékeny, épp ez a törékenység a kvantumszámítógép-építés egyik legnagyobb kihívása. A sejtek belsejében zajló intenzív fizikai hatásokkal járó, dinamikus környezetben az összefonódás nem maradhat fenn sokáig. Ugyanakkor talán ezek a rövid ideig fennálló közös elektron-spinek is elég hosszúak lehetnek ahhoz, hogy finom különbségeket okozzanak az atomjaik viselkedésében.

A kutatók szerint amikor a mágneses mező áthaladt a sejtek felett, a fluoreszcencia fényesség-változása azt mutatta, hogy a mező befolyásolta az elektrongyök-párok keletkezését.

A mágneses tér élettani hatásai

A kutatás egyik messzire mutató tanulsága az lehet, hogy közvetetten akár a gyenge mágneses mezők is befolyásolhatják a biológiai folyamatokat. A mágnesesség emberi egészséget befolyásoló bizonyítékai a tudomány mai állása szerint gyengék, ezért az ilyen kísérletek megnyithatják a vizsgálódás új útjait.

"Az a nagyszerű ebben az eredményben, hogy kiderült, hogy két önálló elektron spinje közötti kapcsolat nagy hatással lehet a biológiára"

- mondta Woodward. A vándormadarak nem az egyetlen faj, ami képes meghatározni a magnetoszféránk irányát. A halak, férgek, rovarok, sőt egyes emlősök is képesek rá. Ránk, emberekre akár kognitív módon is hatással lehet a Föld gyenge mágneses tere. A magnetopercepció evolúciója számos képesség sokféle hasznos megnyilvánulását tehette lehetővé az állatvilágban, a fizika különböző törvényeinek megfelelően.

Most már arra is van bizonyítékunk, hogy legalább az egyik ilyen hatás összeköti a kvantumvilág furcsaságát az élőlények biológiájával és ebből fakadóan viselkedésükkel. A kutatás eredményeit összefoglaló tanulmány a PNAS szerverén olvasható.

(Forrás: ScienceDaily Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

Kína is elérte a kvantumfölényt A Google tavaly ősszel érte el a kvantumfölényt, amikor Sycamore nevű kvantumprocesszoruk, három és fél perc alatt megoldott egy olyan a feladatot, ami a világ legerősebb szuperkomputerének, tízezer évig tartott volna. Kína tegnap szintén bejelentette a kvantumfölényt, kvantumszámítógépük tízmilliárdszor gyorsabb az amerikainál. Tíz. Milliárdszor. Gyorsabb.

Kutatók létrehozták az első tartós, nagy távolságú kvantum-teleportációt A kutatás megalapozhatja a működőképes kvantum internetet, ami olyan hálózat lehet, melyben a qubitekben tárolt információt nagy távolságokon keresztül osztják meg kvantum-összefonódás útján, ami átalakíthatja az adattárolás, a precíziós érzékelés és a számítások elvégzésének területeit.

Hat részecske együtt már önszerveződik, derült ki egy úttörő kvantumkísérletből Az anyag atomokból áll, és bár a fizikusok gyakran dolgoznak velük, de talán ritkán gondolunk bele, hogy amikor az egyes atomok viselkedését tanulmányozzák, annak kevés köze van magához az anyaghoz, melyet a vizsgált atomok alkotnak. A mikroszkópikus és makroszkópikus világot elválasztó tünékeny határról eddig keveset tudtunk, pedig nyilvánvalóan létezik, és tanulmányozásával komoly fehér foltokat lehet felszámolni a fizikában.


Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.