تويت
للوهلة الأولى قد يبدو أن مجالي البيولوجيا وميكانيك الكم بعيدان عن بعضهما كل البعد. بينما يتعامل ميكانيك الكم مع الجسيمات تحت الذرية، فأصغر ما تدرسه البيولوجيا ما يزال في المستوى الماكروي. ولكن في الحقيقة فإن المجالين مرتبطان ببعضهما أكثر مما تتصور. في هذا المقال سنتحدث عن بعض الأمثلة التي يظهر فيها الترابط الوثيق بين البيولوجيا وميكانيك الكم من خلال بعض الظواهر الطبيعية:
التركيب الضوئي:
ما ندرسه عن التركيب الضوئي في المدرسة هو:
تمتص النباتات وبعض أنواع الطحالب والبكتريا الماء وثاني أكسيد الكربون، وتستخدم طاقة الضوء؛ لتصنع الكربوهيدرات، وتطلق الأكسجين باعتباره ناتجًا ثانويًا، ولكن كيف يحدث ذلك؟
يمتص اليخضور (الصباغ الأخضر في الصانعات الخضراء) الضوء، فيحثُّ إلكترونات فيه (يجعلها مثارة). تنتقل هذه الإلكترونات عبر حوامل طاقة تستخلص طاقتها، ولكن بدلًا من أن تنتقل بطريق خطي مباشر، فإنها في الحقيقة تنتقل بحركة موجية؛ إذ يجتمع عدد كبير من هذه الإلكترونات وتتوافق حركاتها الموجية؛ لتصبح منتظمة الطور (في طور واحد كما يحدث للفوتونات داخل الليزر)، ويدفع هذا الإلكترونات للتصرف كنظام واحد ولاستكشاف جميع الطرق الممكنة ثم اختيار أكثر الطرق كفاءةً (الذي يحقق أقل ضياع في الطاقة).
يحدث كل ذلك في أقل من جزء من مليار جزء من الثانية.
تخيل لو استطعنا استخدام هذه الطريقة في تقنياتنا نحن، سنحصل على ألواح طاقة ذات كفاءة خيالية، وبطاريات تدوم لوقت أطول بكثير.
الطيور المهاجرة:
نعرف أن بعض أنواع الطيور المهاجرة تستطيع الإحساس بالحقل المغناطيسي الأرضي وتتبعه، ولكن الحقل المغناطيسي الأرضي ضعيف جدًا، فكيف تشعر به هذه الطيور؟
تمتلك بعض الطيور بروتينًا مميزًا في أعينها يسمّى: كريبتوكروم (Cryptochrome).
عندما يسقط ضوء الشمس على شبكيتها يحرر البروتين إلكترونين غير مقترنين، هذان الإلكترونان حساسان جدًّا للحقول المغناطيسية؛ إذ يوجِّهان سبينَيْهما مع اتجاه الحقل (السبين – اصطلاحًا- هو عزم لف الدوران حول نفسه).
حاسّة الشمّ:
نستطيع -نحن البشر- التمييز بين آلاف الروائح المختلفة.
عندما تصل جزيئات الرائحة إلى الخلايا الحسّية في الأنف، فإنها تتفاعل مع المستقبلات الحسية، وينتقل التنبيه عبر العصب الشمي. ولكن، كيف يميّز العصب الشمي بين كل هذه الروائح المختلفة؟
عندما تتفاعل جزيئات الرائحة مع جزيء معين في المستقبل الشمي، فإنه ينتقل للطرف الآخر من المستقبل عبر خاصية النفق الكمومي. من خلال ذلك يحوّل المعلومات الموجودة في جزيء الرائحة إلى إشارة كهربائية تنتقل عبر العصب الشمي ويفسرها المخ.
الوعي الكمومي:
يُعرّف الوعي بأنه: «العملية العقلية التي تحدث عند محاولة اكتساب المعرفة أو الفهم، سواء عبر التفكير أو التجربة أو الإحساس».
تقول بعض النظريات إن النظريات الرياضية التي تصف ميكانيك الكم كنظرية الاحتمالات وغيرها – يمكن استخدامها لفهم سلوك الإنسان فهمًا جيدًا؛ ففي النهاية كل الأفكار تنشأ في الدماغ على هيئة شحنات كهربائية، وهذه الشحنات ذات طبيعة كمومية.
التركيب الضوئي:
ما ندرسه عن التركيب الضوئي في المدرسة هو:
تمتص النباتات وبعض أنواع الطحالب والبكتريا الماء وثاني أكسيد الكربون، وتستخدم طاقة الضوء؛ لتصنع الكربوهيدرات، وتطلق الأكسجين باعتباره ناتجًا ثانويًا، ولكن كيف يحدث ذلك؟
يمتص اليخضور (الصباغ الأخضر في الصانعات الخضراء) الضوء، فيحثُّ إلكترونات فيه (يجعلها مثارة). تنتقل هذه الإلكترونات عبر حوامل طاقة تستخلص طاقتها، ولكن بدلًا من أن تنتقل بطريق خطي مباشر، فإنها في الحقيقة تنتقل بحركة موجية؛ إذ يجتمع عدد كبير من هذه الإلكترونات وتتوافق حركاتها الموجية؛ لتصبح منتظمة الطور (في طور واحد كما يحدث للفوتونات داخل الليزر)، ويدفع هذا الإلكترونات للتصرف كنظام واحد ولاستكشاف جميع الطرق الممكنة ثم اختيار أكثر الطرق كفاءةً (الذي يحقق أقل ضياع في الطاقة).
يحدث كل ذلك في أقل من جزء من مليار جزء من الثانية.
تخيل لو استطعنا استخدام هذه الطريقة في تقنياتنا نحن، سنحصل على ألواح طاقة ذات كفاءة خيالية، وبطاريات تدوم لوقت أطول بكثير.
الطيور المهاجرة:
نعرف أن بعض أنواع الطيور المهاجرة تستطيع الإحساس بالحقل المغناطيسي الأرضي وتتبعه، ولكن الحقل المغناطيسي الأرضي ضعيف جدًا، فكيف تشعر به هذه الطيور؟
تمتلك بعض الطيور بروتينًا مميزًا في أعينها يسمّى: كريبتوكروم (Cryptochrome).
عندما يسقط ضوء الشمس على شبكيتها يحرر البروتين إلكترونين غير مقترنين، هذان الإلكترونان حساسان جدًّا للحقول المغناطيسية؛ إذ يوجِّهان سبينَيْهما مع اتجاه الحقل (السبين – اصطلاحًا- هو عزم لف الدوران حول نفسه).
حاسّة الشمّ:
نستطيع -نحن البشر- التمييز بين آلاف الروائح المختلفة.
عندما تصل جزيئات الرائحة إلى الخلايا الحسّية في الأنف، فإنها تتفاعل مع المستقبلات الحسية، وينتقل التنبيه عبر العصب الشمي. ولكن، كيف يميّز العصب الشمي بين كل هذه الروائح المختلفة؟
عندما تتفاعل جزيئات الرائحة مع جزيء معين في المستقبل الشمي، فإنه ينتقل للطرف الآخر من المستقبل عبر خاصية النفق الكمومي. من خلال ذلك يحوّل المعلومات الموجودة في جزيء الرائحة إلى إشارة كهربائية تنتقل عبر العصب الشمي ويفسرها المخ.
الوعي الكمومي:
يُعرّف الوعي بأنه: «العملية العقلية التي تحدث عند محاولة اكتساب المعرفة أو الفهم، سواء عبر التفكير أو التجربة أو الإحساس».
تقول بعض النظريات إن النظريات الرياضية التي تصف ميكانيك الكم كنظرية الاحتمالات وغيرها – يمكن استخدامها لفهم سلوك الإنسان فهمًا جيدًا؛ ففي النهاية كل الأفكار تنشأ في الدماغ على هيئة شحنات كهربائية، وهذه الشحنات ذات طبيعة كمومية.