ABOUT THE SPEAKER
Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge."

Why you should listen
A professor of physics at the University of Surrey, Jim Al-Khalili doubles as a science communicator and broadcaster. He’s the co-author with Johnjoe McFadden of Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. The book explores this emerging -- and still largely speculative -- area of science suggesting that quantum mechanics may play a role in biology. If so, it may help us understand what drives genetic mutations that lead to cancer, or how robins fly from Scandinavia to the Mediterranean.
More profile about the speaker
Jim Al-Khalili | Speaker | TED.com
TEDGlobalLondon

Jim Al-Khalili: How quantum biology might explain life's biggest questions

ジム・アルカリリ: 量子生物学は生命の最大の謎を解明するか?

Filmed:
2,255,707 views

コマドリはどうやって南方へと渡っていくのでしょうか?その答えはあなたの想像以上に奇妙かもしれません。量子力学が関わっているのです。ジム・アルカリリはとても新しくかつ奇妙な分野である量子生物学に関する話をまとめました。アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだ量子力学的作用が渡り鳥の飛行を助けたり、様々な量子効果が生物の起源そのものについても説明し得るのではないかと語ります。
- Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge." Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

00:13
I'd like to introduce紹介する you
to an emerging新興 areaエリア of science科学,
0
1190
4528
最近注目されるようになってきた
科学の一分野を紹介したいと思います
00:17
one that is still speculative投機的
but hugely大いに excitingエキサイティング,
1
5742
3943
それはとても興味深い分野です
まだ確立はしていないものの
00:21
and certainly確かに one
that's growing成長する very rapidly急速に.
2
9709
2629
この分野は確実にそして
急速に進歩しています
00:25
Quantum量子 biology生物学
asks尋ねる a very simple単純 question質問:
3
13448
4048
量子生物学の問いかけは
とてもシンプルです
00:29
Does quantum量子 mechanics力学 --
4
17520
1350
量子力学は ―
00:30
that weird奇妙な and wonderful素晴らしい
and powerful強力な theory理論
5
18894
3302
奇妙ながら素晴らしく
かつ強力な理論であり
00:34
of the subatomic亜原子 world世界
of atoms原子 and molecules分子
6
22220
2688
原子や分子を構成する
亜原子の世界を記述し
00:36
that underpins下支え so much
of modernモダン physics物理 and chemistry化学 --
7
24932
3488
現代物理学や化学の
土台となっていますが ―
00:40
alsoまた、 play遊びます a role役割 inside内部 the living生活 cell細胞?
8
28444
3412
この理論が生物の細胞においても
重要な働きがあるのか という問いです
00:43
In other words言葉: Are there processesプロセス,
mechanismsメカニズム, phenomena現象
9
31880
4079
別の言葉でいえば
量子力学によってのみ説明し得るような
00:47
in living生活 organisms生物
that can only be explained説明した
10
35983
3988
生物におけるプロセス、機構
現象といったものが
00:51
with a helping助ける handハンド
from quantum量子 mechanics力学?
11
39995
2743
あるのだろうか という問いかけです
00:55
Now, quantum量子 biology生物学 isn't new新しい;
12
43546
1637
さて 量子生物学は
新しい学問ではありません
00:57
it's been around since以来 the early早い 1930s.
13
45207
2401
1930年代の前半頃に登場しました
00:59
But it's only in the last decade10年 or so
that careful慎重に experiments実験 --
14
47928
3715
しかし ここ十年程になって
生化学の実験室において
01:03
in biochemistry生化学 labsラボ,
usingを使用して spectroscopy分光法 --
15
51667
3464
分光学的な手法によって
精密な実験が行われ
01:07
have shown示された very clearクリア, firm当社 evidence証拠
that there are certainある specific特定 mechanismsメカニズム
16
55155
6863
量子力学によってのみ説明可能な
生体におけるある種の仕組みがあるという
01:14
that require要求する quantum量子 mechanics力学
to explain説明する them.
17
62042
2511
とても明確で確固たる証拠が得られました
01:17
Quantum量子 biology生物学 bringsもたらす together一緒に
quantum量子 physicists物理学者, biochemists生化学者,
18
65674
3329
量子生物学の分野においては
量子物理学者、生化学者
01:21
molecular分子 biologists生物学者 --
it's a very interdisciplinary学際的 fieldフィールド.
19
69027
3641
分子生物学者が
密に協力して研究が進められています
01:24
I come from quantum量子 physics物理,
so I'm a nuclear physicist物理学者.
20
72692
3929
私は量子力学者
つまり核物理学を専門としています
01:28
I've spent過ごした more than three decades数十年
21
76645
2265
30年以上の間
01:30
trying試す to get my head
around quantum量子 mechanics力学.
22
78934
2929
量子力学について
思考を巡らせてきました
01:33
One of the founders創業者
of quantum量子 mechanics力学, Nielsニールス Bohrボーア,
23
81887
2493
量子力学の創始者の一人
ニールス・ボーアは言っています
01:36
said, If you're not astonished驚いた by it,
then you haven't持っていない understood理解された it.
24
84404
3350
「驚きを感じないようであれば
この理論は理解できていない」 と
01:40
So I sortソート of feel happyハッピー
that I'm still astonished驚いた by it.
25
88237
2843
私は今でも驚きを感じていますから
ある意味満足しています
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
これは良いことです
01:44
But it means手段 I study調査 the very
smallest最小 structures構造 in the universe宇宙 --
27
92873
6885
さて私は物体を構成する基本ブロック―
01:51
the building建物 blocksブロック of reality現実.
28
99782
2075
宇宙における最小構造を研究しています
01:53
If we think about the scale規模 of sizeサイズ,
29
101881
3215
そのスケールとはこんな感じです
01:57
start開始 with an everyday毎日 objectオブジェクト
like the tennisテニス ball,
30
105120
2952
日常的なテニスボールから始め-
02:00
and just go down orders注文
of magnitudeマグニチュード in sizeサイズ --
31
108096
2901
何桁も小さなものを見ていきます
02:03
from the eye of a needle down to a cell細胞,
down to a bacterium細菌, down to an enzyme酵素 --
32
111021
5197
針穴、細胞、バクテリア
そして酵素へとさかのぼり
02:08
you eventually最終的に reachリーチ the nano-worldナノ世界.
33
116242
1729
やがてナノの世界に辿りつきます
02:09
Now, nanotechnologyナノテクノロジー mayかもしれない be
a term期間 you've heard聞いた of.
34
117995
2495
ナノテクノロジーという言葉を
耳にしたこともあるでしょう
02:12
A nanometerナノメートル is a billionth十億 of a meterメートル.
35
120841
2853
ナノメートルとは1メートルの十億分の1です
02:16
My areaエリア is the atomicアトミック nucleus,
whichどの is the tiny小さな dotドット inside内部 an atom原子.
36
124560
4370
私の専門分野は原子核に関するもので
それは原子の中ではほんの一点に過ぎず
02:20
It's even smaller小さい in scale規模.
37
128954
1932
もっと小さなスケールです
02:22
This is the domainドメイン of quantum量子 mechanics力学,
38
130910
1918
これが量子力学のカバーする領域であり
02:24
and physicists物理学者 and chemists化学者
have had a long time
39
132852
2516
物理学者や化学者が理解を深めようと
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
努めてきた分野です
02:29
Biologists生物学者, on the other handハンド,
have got off lightly軽く, in my view見る.
41
137248
4457
一方 生物学者はこの分野からは
少し距離を置いていたと思います
02:34
They are very happyハッピー with their彼らの
balls-and-sticksボール・アンド・スティック modelsモデル of molecules分子.
42
142071
4331
球と棒からなる分子模型に
十分満足していますから
02:38
(Laughter笑い)
43
146426
1082
(笑)
02:39
The ballsボール are the atoms原子, the sticksスティック
are the bonds債券 betweenの間に the atoms原子.
44
147532
3198
球は原子を
棒は原子間の結合を表しています
02:42
And when they can't buildビルドする them
physically物理的に in the lab研究室,
45
150754
2494
実験室で物理的に
こういうものが作れなくても
02:45
nowadays今日は, they have
very powerful強力な computersコンピュータ
46
153272
2392
今ではパワフルなコンピューターによって
02:47
that will simulateシミュレートする a huge巨大 molecule分子.
47
155688
1967
巨大な分子のシミュレーションが可能です
02:49
This is a proteinタンパク質 made up
of 100,000 atoms原子.
48
157679
3664
これは十万個の原子からなるタンパク質です
02:54
It doesn't really require要求する much in the way
of quantum量子 mechanics力学 to explain説明する it.
49
162003
4335
これを理解するのに
量子力学はほとんど必要としません
02:59
Quantum量子 mechanics力学
was developed発展した in the 1920s.
50
167695
2889
量子力学は1920年代に生まれました
03:02
It is a setセット of beautiful綺麗な and powerful強力な
mathematical数学 rulesルール and ideasアイデア
51
170965
6880
一連の美しく かつパワフルな
数学的な規則と概念によって
03:09
that explain説明する the world世界 of the very small小さい.
52
177869
2608
とても微小な世界を説明します
03:12
And it's a world世界 that's very different異なる
from our everyday毎日 world世界,
53
180501
3372
何兆もの原子からなるような
日常の世界とは
03:15
made up of trillions数兆 of atoms原子.
54
183897
1519
かけ離れています
03:17
It's a world世界 built建てられた
on probability確率 and chanceチャンス.
55
185440
3557
確率と偶然が支配する
03:21
It's a fuzzyファジー world世界.
56
189818
1302
ファジーな世界です
03:23
It's a world世界 of phantomsファントム,
57
191144
1730
まるで幻影を見ているようであり
03:24
where particles粒子 can alsoまた、 behave行動する
like spread-outスプレッドアウト waves.
58
192898
3348
そこでは粒子は
広がりを持った波としても振舞います
03:30
If we imagine想像する quantum量子 mechanics力学
or quantum量子 physics物理, then,
59
198157
2862
量子力学 もしくは量子物理学が
03:33
as the fundamental基本的な
foundation財団 of reality現実 itself自体,
60
201043
5214
現実の世界の基本原理と考えるのならば
03:38
then it's not surprising驚くべき that we say
61
206281
1730
有機化学にも量子物理学の
03:40
quantum量子 physics物理 underpins下支え
organicオーガニック chemistry化学.
62
208035
2420
影響があると考えても
不思議ではありません
03:42
After all, it gives与える us
the rulesルール that tell us
63
210479
2120
つまるところ この理論によって
03:44
how the atoms原子 fitフィット together一緒に
to make organicオーガニック molecules分子.
64
212623
2641
原子が一体となり有機分子が形成される
規則が説明されます
03:47
Organicオーガニック chemistry化学,
scaled縮尺 up in complexity複雑,
65
215288
3239
有機化学は複雑さが増すことによって
03:50
gives与える us molecular分子 biology生物学,
whichどの of courseコース leadsリード to life itself自体.
66
218551
3322
分子生物学となり そしてもちろん
生命そのものにつながります
03:54
So in a way, it's sortソート of not surprising驚くべき.
67
222174
1977
これが想定内だと言える理由です
03:56
It's almostほぼ trivial自明.
68
224175
1214
そんな説明では不十分です
03:57
You say, "Well, of courseコース life ultimately最終的に
must必須 depend依存する of quantum量子 mechanics力学."
69
225413
4220
「もちろん とことん遡って行けば
生命の仕組みだって量子力学に依存するはずさ」
04:02
But so does everything elseelse.
70
230141
2390
そんな理屈では
何ごとにも当てはまってしまいます
04:04
So does all inanimate生きていない matter問題,
made up of trillions数兆 of atoms原子.
71
232555
3615
無生物は何兆もの原子からなっています
04:08
Ultimately最終的に, there's a quantum量子 levelレベル
72
236501
4878
究極的には
奇妙な現象を考えなければならない
04:13
where we have to delve掘り下げる into
this weirdness奇妙.
73
241403
2183
量子のレベルにたどり着くことになります
04:15
But in everyday毎日 life,
we can forget忘れる about it.
74
243610
2416
しかし 日常的な世界では
忘れても構いません
04:18
Because once一度 you put together一緒に
trillions数兆 of atoms原子,
75
246404
3199
なぜなら何兆という原子が一緒になると
04:21
that quantum量子 weirdness奇妙
just dissolves溶解する away.
76
249627
2615
量子的な奇妙さは
消し飛んでしまうからです
04:27
Quantum量子 biology生物学 isn't about this.
77
255288
2569
でも量子生物学ではどうでしょうか
量子生物学はこの点について
明らかではありません
04:29
Quantum量子 biology生物学 isn't this obvious明らか.
78
257881
2556
04:32
Of courseコース quantum量子 mechanics力学
underpins下支え life at some molecular分子 levelレベル.
79
260461
4229
もちろん 生命をある分子のレベルで見れば
そこには量子力学の仕組みがあります
04:37
Quantum量子 biology生物学 is about looking
for the non-trivial自明ではない --
80
265254
6004
量子生物学とは
量子力学特有の
04:43
the counterintuitive反直観的 ideasアイデア
in quantum量子 mechanics力学 --
81
271282
4476
直観に反するような作用が
露わになっていないか もしくは
04:47
and to see if they do, indeed確かに,
play遊びます an important重要 role役割
82
275782
3015
生物の各過程を説明する上で
実際に重要な役割を
04:50
in describing記述 the processesプロセス of life.
83
278821
2452
果たしていないかを
探し求める学問です
04:54
Here is my perfect完璧な example
of the counterintuitiveness反対性
84
282653
5220
量子の世界における
直観に反する概念を説明する
04:59
of the quantum量子 world世界.
85
287897
1446
好例をお見せします
05:01
This is the quantum量子 skierスキーヤー.
86
289367
1251
量子スキーヤーがいます
05:02
He seems思われる to be intact損なわれていない,
he seems思われる to be perfectly完全に healthy健康,
87
290642
2640
彼は全く正常で
完全に健康であるようです
05:05
and yetまだ, he seems思われる to have gone行った around
bothどちらも sides両側 of that tree at the same同じ time.
88
293306
4127
しかしながら木の両側を
同時に滑り抜けていくように見えます
05:09
Well, if you saw tracksトラック like that
89
297457
1663
こんなシュプールを見たら
05:11
you'dあなたは guess推測 it was some
sortソート of stuntスタント, of courseコース.
90
299144
2309
きっと離れ技だと思うでしょう
05:13
But in the quantum量子 world世界,
this happens起こる all the time.
91
301477
2591
しかし こんなことが
量子の世界では始終起きています
05:16
Particlesパーティクル can multitaskマルチタスク,
they can be in two places場所 at once一度.
92
304864
3026
粒子は同時に2か所に存在し
多重に振る舞うことが可能です
05:19
They can do more than one thing
at the same同じ time.
93
307914
2328
同時に2つ以上のことが
できるのです
05:22
Particlesパーティクル can behave行動する
like spread-outスプレッドアウト waves.
94
310266
2643
粒子は広がりのある
波のように振る舞うこともできます
05:25
It's almostほぼ like magicマジック.
95
313298
1599
これはまるで魔法のようです
05:27
Physicists物理学者 and chemists化学者 have had
nearlyほぼ a century世紀
96
315538
2749
物理学者や化学者が
この奇妙さを理解しようと
05:30
of trying試す to get used to this weirdness奇妙.
97
318311
2646
ほぼ1世紀近く 努力してきました
05:33
I don't blame責任 the biologists生物学者
98
321445
1350
生物学者が量子力学を鑑みず
05:34
for not having持つ to or wanting欲しい
to learn学ぶ quantum量子 mechanics力学.
99
322819
2635
学ぼうとしなかったことを
非難するつもりはありません
05:37
You see, this weirdness奇妙 is very delicate繊細;
100
325478
3198
この奇妙な現象はとても繊細で
05:40
and we physicists物理学者 work very hardハード
to maintain維持する it in our labsラボ.
101
328700
4450
物理学者は 実験室でその状態を保つことに
多大な努力を払ってきました
05:45
We coolクール our systemシステム down
to near近く absolute絶対の zeroゼロ,
102
333174
4204
装置を絶対零度近くに冷却し
05:49
we carryキャリー out our experiments実験 in vacuums真空,
103
337402
1945
真空状態で実験を行い
05:51
we try and isolate分離する it
from any external外部 disturbance外乱.
104
339371
3527
隔離して 外部からの影響を
受けないように試みます
05:55
That's very different異なる from the warm暖かい,
messy厄介な, noisyうるさい environment環境 of a living生活 cell細胞.
105
343602
5078
生細胞の中の 暖かく 無秩序で
ノイズの多い環境とはとても異なっています
06:01
Biology生物学 itself自体, if you think of
molecular分子 biology生物学,
106
349960
2787
生物学 ― 分子生物学について言えば
06:04
seems思われる to have done完了 very well
in describing記述 all the processesプロセス of life
107
352771
3457
化学の言葉 つまり化学的な作用によって
あらゆる生命の仕組みを
06:08
in terms条項 of chemistry化学 --
chemical化学 reactions反応.
108
356252
2486
とても上手く説明してきたと言えるでしょう
06:10
And these are reductionist還元主義者,
deterministic決定的な chemical化学 reactions反応,
109
358762
4850
それは 還元主義的で 決定論的な
化学反応論でした
06:15
showing表示 that, essentially基本的に, life is made
of the same同じ stuffもの as everything elseelse,
110
363636
5114
生命も本質的には他の物と
同様な集合体であり
06:20
and if we can forget忘れる about quantum量子
mechanics力学 in the macroマクロ world世界,
111
368774
3060
巨視的な世界では量子力学的な効果は
無視できるのだとすれば
06:23
then we should be ableできる to forget忘れる
about it in biology生物学, as well.
112
371858
3246
生物学においても無視できるに
違いありません
06:27
Well, one man begged乞った
to differ異なる with this ideaアイディア.
113
375706
3364
しかし ここに異を唱えた人物がいます
06:32
Erwinアーウィン SchrSchrödingerディンジャー,
of SchrSchrödinger'sディンガー Catネコ fame名声,
114
380062
3469
その人とは『シュレーディンガーの猫』で有名な
オーストリアの物理学者
06:35
was an Austrianオーストリア physicist物理学者.
115
383555
1317
エルヴィン・シュレーディンガーです
06:36
He was one of the founders創業者
of quantum量子 mechanics力学 in the 1920s.
116
384896
3183
彼は1920年代における
量子力学の創始者の一人です
06:40
In 1944, he wrote書きました a book
calledと呼ばれる "What is Life?"
117
388663
2707
1944年に『生命とは何か?』
という本を執筆しました
06:43
It was tremendously驚くほど influential影響力のある.
118
391839
1731
とても影響力のある本であり
06:45
It influenced影響を受け Francisフランシス Crickクリック
and Jamesジェームス Watsonワトソン,
119
393594
2881
DNAの2重らせん構造を発見した
フランシス・クリックや
06:48
the discoverers発見者 of the double-helix二重らせん
structure構造 of DNADNA.
120
396499
2523
ジェームズ・ワトソンも
影響を受けました
06:51
To paraphrase言い換え a description説明
in the book, he says言う:
121
399343
3668
この本で彼は次の様なことを
述べています
06:55
At the molecular分子 levelレベル,
living生活 organisms生物 have a certainある order注文,
122
403035
5786
「分子のレベルにおいて生物は
07:00
a structure構造 to them that's very different異なる
123
408845
3232
ある程度の秩序と構造を有している
07:04
from the randomランダム thermodynamic熱力学 jostling目白押し
of atoms原子 and molecules分子
124
412101
4736
これは同程度の複雑さを持った
無生物における
07:08
in inanimate生きていない matter問題
of the same同じ complexity複雑.
125
416861
3706
原子や分子の 熱力学的な無秩序で
激しい動きとはとても異なっている」
07:13
In fact事実, living生活 matter問題 seems思われる to behave行動する
in this order注文, in a structure構造,
126
421504
5014
事実 生物は
無生物が絶対零度近くに冷却され
07:18
just like inanimate生きていない matter問題
cooled冷却された down to near近く absolute絶対の zeroゼロ,
127
426542
3834
量子力学的効果が
顕著になったときの様に
07:22
where quantum量子 effects効果
play遊びます a very important重要 role役割.
128
430400
3033
秩序や構造があるように
振る舞うように見えます
07:26
There's something special特別
about the structure構造 -- the order注文 --
129
434280
4160
生細胞には構造 つまり
秩序があるという
07:30
inside内部 a living生活 cell細胞.
130
438464
1560
特徴があるのです
07:32
So, SchrSchrödingerディンジャー speculated推測 that maybe
quantum量子 mechanics力学 plays演劇 a role役割 in life.
131
440048
5293
そこで シュレーディンガーは 量子力学が生物に
一定の役割を果たしていると推測したのです
07:38
It's a very speculative投機的,
far-reaching遠い ideaアイディア,
132
446096
3425
それは不確かで遠大な構想であり
07:41
and it didn't really go very far遠い.
133
449545
2873
ほとんど発展を見ませんでした
07:45
But as I mentioned言及した at the start開始,
134
453536
1533
しかし 最初にお話したように
07:47
in the last 10 years, there have been
experiments実験 emerging新興,
135
455093
2799
ここ十年において
07:49
showing表示 where some of these
certainある phenomena現象 in biology生物学
136
457916
4055
量子力学による説明を必要とするような
いくつもの生物学的な現象が
07:53
do seem思われる to require要求する quantum量子 mechanics力学.
137
461995
1763
実験によって明らかになってきました
07:55
I want to shareシェア with you
just a few少数 of the excitingエキサイティング onesもの.
138
463782
3123
その中でも 特にワクワクするようなものを
ご紹介したいと思います
08:00
This is one of the best-knownもっとも知られている
phenomena現象 in the quantum量子 world世界,
139
468215
3707
量子力学の世界で
良く知られる現象の一つに
08:03
quantum量子 tunnelingトンネリング.
140
471946
1701
量子トンネル効果があります
08:05
The boxボックス on the left showsショー
the wavelike波打ち際, spread-outスプレッドアウト distribution分布
141
473671
4389
左側の箱には電子のような粒子があり
08:10
of a quantum量子 entityエンティティ --
a particle粒子, like an electron電子,
142
478084
2761
量子力学的な性質によって
広がりをもった波として振舞っており
08:12
whichどの is not a little ball
bouncingバウンス off a wall.
143
480869
3637
壁で跳ね返される小球とは異なっています
08:16
It's a wave that has a certainある probability確率
of beingであること ableできる to permeate透過した
144
484530
4739
この波はある一定の確率で
硬い壁を通り抜けることが出来ます
08:21
throughを通して a solid固体 wall, like a phantomファントム
leaping飛び跳ねる throughを通して to the other side.
145
489293
3406
まるで反対側へとすりぬける
幽霊のようです
08:24
You can see a faintかすかな smudge汚れ of light
in the right-hand右手 boxボックス.
146
492723
4098
右側の箱にちょっとした
光のしみが見えるでしょう
08:29
Quantum量子 tunnelingトンネリング suggests提案する that a particle粒子
can hitヒット an impenetrable浸透しない barrierバリア,
147
497773
4612
量子トンネル効果とは
粒子が通り抜け不可能な障害物に当たっても
08:34
and yetまだ somehow何とか, as thoughしかし by magicマジック,
148
502409
2460
まるで魔法の様に なぜか
08:36
disappear姿を消す from one side
and reappear再現する on the other.
149
504893
2444
一方から消え
反対側に現れることです
08:39
The nicest素敵な way of explaining説明する it is
if you want to throwスロー a ball over a wall,
150
507658
4251
分りやすい例をあげます
壁の反対側へとボールを投げる時
08:43
you have to give it enough十分な energyエネルギー
to get over the top of the wall.
151
511933
3577
壁を越え得るような十分なエネルギーを
与えなければなりません
08:47
In the quantum量子 world世界,
you don't have to throwスロー it over the wall,
152
515534
3058
しかし量子力学の世界では
壁の上を越えようとしなくてもよく
08:50
you can throwスロー it at the wall,
and there's a certainある non-zeroゼロ以外 probability確率
153
518616
3407
ただ壁に向かって投げれば
ゼロではないある確率で
08:54
that it'llそれはよ disappear姿を消す on your side,
and reappear再現する on the other.
154
522047
3323
一方から消え
反対側に現れるのです
08:57
This isn't speculation投機, by the way.
155
525394
1678
これは憶測ではありません
08:59
We're happyハッピー -- well, "happyハッピー"
is not the right wordワード --
156
527096
3396
我々量子物理学者はハッピーです
いや “ハッピー”はまずいですね
09:02
(Laughter笑い)
157
530516
2045
(笑)
09:04
we are familiar身近な with this.
158
532585
1618
我々はこの現象を良く理解しています
09:06
(Laughter笑い)
159
534227
2745
(笑)
09:08
Quantum量子 tunnelingトンネリング
takes place場所 all the time;
160
536996
2294
量子トンネル効果は
いつだって起きています
09:11
in fact事実, it's the reason理由 our Sun太陽 shines輝く.
161
539314
2667
実際 太陽が輝いているのも
そのお陰です
09:14
The particles粒子 fuseヒューズ together一緒に,
162
542655
1509
粒子の核融合反応において
09:16
and the Sun太陽 turnsターン hydrogen水素
into heliumヘリウム throughを通して quantum量子 tunnelingトンネリング.
163
544188
3698
太陽は量子トンネル効果によって
水素原子をヘリウム原子に変えます
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discovered発見された
that quantum量子 tunnelingトンネリング alsoまた、 takes place場所
164
549464
5220
70年代から80年代にかけて
量子トンネル効果が生細胞で起きていることが
09:26
inside内部 living生活 cells細胞.
165
554708
1192
発見されています
09:28
Enzymes酵素, those workhorses労働者 of life,
the catalysts触媒 of chemical化学 reactions反応 --
166
556290
6266
生命における働き者の酵素 ―
これは化学反応における触媒のことで ―
09:34
enzymes酵素 are biomolecules生体分子 that speed速度 up
chemical化学 reactions反応 in living生活 cells細胞,
167
562580
4166
生細胞における化学反応の速度を
何ケタも加速させる
09:38
by manyたくさんの, manyたくさんの orders注文 of magnitudeマグニチュード.
168
566770
1703
生体分子です
09:40
And it's always been a mystery神秘
how they do this.
169
568497
2784
その仕組みは
いつだって謎めいていますが
09:43
Well, it was discovered発見された
170
571650
1189
あることが発見されました
09:44
that one of the tricksトリック that enzymes酵素
have evolved進化した to make use of,
171
572863
4852
酵素がその働きを獲得した
1つのトリックは
09:49
is by transferring移転する subatomic亜原子 particles粒子,
like electrons電子 and indeed確かに protons陽子,
172
577739
5228
電子や さらに陽子などの亜原子を
量子トンネル効果によって
09:54
from one part of a molecule分子
to another別の via経由 quantum量子 tunnelingトンネリング.
173
582991
4661
ある分子から別の分子へと
移動させることです
10:00
It's efficient効率的な, it's fast速い,
it can disappear姿を消す --
174
588333
2851
それは効果的で すばやく
10:03
a protonプロトン can disappear姿を消す from one place場所,
and reappear再現する on the other.
175
591208
3111
陽子は一方から消失し
反対側に再び現れます
10:06
Enzymes酵素 help this take place場所.
176
594343
1629
酵素はこの現象を起こし易くします
10:08
This is research研究 that's been
carried運ばれた out back in the 80s,
177
596548
2683
このような研究は80年代に
10:11
particularly特に by a groupグループ
in Berkeleyバークレー, Judithジュディス Klinmanクリンマン.
178
599255
4037
特にバークレー校のジュディス・クリンマンが
率いるグループによって進められました
10:15
Other groupsグループ in the UKイギリス
have now alsoまた、 confirmed確認済み
179
603316
2205
英国の別のグループが
酵素のこの現象を
10:17
that enzymes酵素 really do this.
180
605545
1411
再検証しています
10:21
Research研究 carried運ばれた out by my groupグループ --
181
609048
2549
私のチームも研究を進めていますが ―
10:23
so as I mentioned言及した,
I'm a nuclear physicist物理学者,
182
611621
2434
先ほど申し上げたように
私は核物理学者ですが ―
10:26
but I've realized実現した I've got these toolsツール
of usingを使用して quantum量子 mechanics力学
183
614079
3055
原子核を探求するための
量子力学の手法を
10:29
in atomicアトミック nuclei, and so can apply適用する
those toolsツール in other areasエリア as well.
184
617158
5085
他の分野にも応用できることに
気が付きました
10:35
One question質問 we asked尋ねた
185
623404
1810
1つの疑問は
10:37
is whetherかどうか quantum量子 tunnelingトンネリング
plays演劇 a role役割 in mutations突然変異 in DNADNA.
186
625238
4298
DNAの突然変異に量子トンネル効果が
関与しているのかということです
10:41
Again, this is not a new新しい ideaアイディア;
it goes行く all the way back to the early早い 60s.
187
629843
3660
これも新しいアイデアではなく
60年代前半に遡ります
10:45
The two strandsストランド of DNADNA,
the double-helix二重らせん structure構造,
188
633527
2961
2重らせん構造をもった
2本のDNAが
10:48
are held開催 together一緒に by rungsラング;
it's like a twistedねじれた ladderラダー.
189
636512
2823
横木によって結び付ついています
捩じられた梯子のようです
10:51
And those rungsラング of the ladderラダー
are hydrogen水素 bonds債券 --
190
639359
3507
この梯子の横木に当たる部分が
水素結合であり
10:54
protons陽子, that act行為 as the glueグルー
betweenの間に the two strandsストランド.
191
642890
3790
陽子が2本のひも状のDNAを
結びつける役割を果たしています
10:58
So if you zoomズーム in, what they're doing
is holdingホールディング these large molecules分子 --
192
646704
4750
もっと拡大してみてみると
これらは大型の分子ヌクレオチドを
11:03
nucleotidesヌクレオチド -- together一緒に.
193
651478
1607
結びつけていることが分ります
11:06
Zoomズーム in a bitビット more.
194
654130
1150
さらに拡大すると ―
11:07
So, this a computerコンピューター simulationシミュレーション.
195
655304
1916
コンピュータによる
シミュレーション画像ですが
11:09
The two white ballsボール
in the middle中間 are protons陽子,
196
657855
3542
中央にある2つの白いボールが
陽子(水素の原子核)を表しており
11:13
and you can see that
it's a doubleダブル hydrogen水素 bondボンド.
197
661421
2299
2対の水素結合がご覧になれます
11:15
One prefers好む to sit座る on one side;
the other, on the other side
198
663744
3314
2つの陽子がそれぞれ
ここでは示されていない
11:19
of the two strandsストランド of the vertical垂直 lines
going down, whichどの you can't see.
199
667082
4558
縦に伸びた2つのひもの左右の
何れかに分かれて位置しようとします
11:24
It can happen起こる that
these two protons陽子 can hopホップ over.
200
672410
3395
この2つの陽子が
飛び跳ねることがあります
11:27
Watch the two white ballsボール.
201
675829
1436
2つの白いボールをご覧下さい
11:29
They can jumpジャンプ over to the other side.
202
677748
1998
それぞれが反対側に
飛び移ることが可能です
11:32
If the two strandsストランド of DNADNA then separate別々の,
leading先導 to the processプロセス of replication複製,
203
680239
5646
この時 2本のDNAが分離し
複製が行われると
11:37
and the two protons陽子
are in the wrong違う positionsポジション,
204
685909
3199
2つの陽子は誤った配置となり
11:41
this can lead to a mutation突然変異.
205
689132
1763
突然変異が起こります
11:43
This has been known既知の for halfハーフ a century世紀.
206
691204
1872
これは半世紀前から知られていたことです
11:45
The question質問 is: How likelyおそらく
are they to do that,
207
693100
2343
疑問が生じます―
これはどの位の頻度で起こるのか
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
そしてその仕組みは?
11:49
Do they jumpジャンプ across横断する,
like the ball going over the wall?
209
697869
3019
ボールが壁を超えるときのように
ジャンプするのか?
11:52
Or can they quantum-tunnel量子トンネル across横断する,
even if they don't have enough十分な energyエネルギー?
210
700912
3502
それとも 量子トンネル効果のように
十分なエネルギーがなくても起こるのか?
11:57
Early早い indications適応症 suggest提案する that
quantum量子 tunnelingトンネリング can play遊びます a role役割 here.
211
705089
4252
初期の研究結果によると
量子トンネル効果が起きているようです
12:01
We still don't know yetまだ
how important重要 it is;
212
709365
2124
その重要度については
まだ理解が進んでおらず
12:03
this is still an open開いた question質問.
213
711513
1792
未解決の問題です
12:06
It's speculative投機的,
214
714199
1150
推測の域にあります
12:07
but it's one of those questions質問
that is so important重要
215
715373
2643
これは重要な未解決問題の一つであり
12:10
that if quantum量子 mechanics力学
plays演劇 a role役割 in mutations突然変異,
216
718040
2446
量子力学が突然変異に
関わっているとすれば
12:12
surely確かに this must必須 have big大きい implications意義,
217
720510
2299
特定のタイプの突然変異を理解する上で
12:14
to understandわかる certainある typesタイプ of mutations突然変異,
218
722833
2694
とても重要な意味を持つことは確実です
12:17
possiblyおそらく even those that lead
to turning旋回 a cell細胞 cancerous癌性の.
219
725551
3756
もしかすると 細胞のがん化を
引き起こしているのかもしれません
12:22
Anotherもう一つ example of quantum量子 mechanics力学
in biology生物学 is quantum量子 coherenceコヒーレンス,
220
730803
5299
量子生物学における別の例は
量子コヒーレンスで
12:28
in one of the most最も
important重要 processesプロセス in biology生物学,
221
736126
2353
生物学において
もっとも重要な過程の一つです
12:30
photosynthesis光合成: plants植物
and bacteria細菌 taking取る sunlight太陽光,
222
738503
3941
光合成によって
植物やバクテリアが太陽光を吸収し
12:34
and usingを使用して that energyエネルギー to create作成する biomassバイオマス.
223
742468
2954
そのエネルギーを使って
生体を作り上げます
12:38
Quantum量子 coherenceコヒーレンス is the ideaアイディア
of quantum量子 entities実体 multitaskingマルチタスキング.
224
746215
4152
量子コヒーレンスとは 量子的なものが
同時に複数の振る舞いをすることです
12:42
It's the quantum量子 skierスキーヤー.
225
750912
1604
量子スキーヤーのことです
12:44
It's an objectオブジェクト that behaves動作する like a wave,
226
752540
2952
物体が波のように振る舞うので
12:47
so that it doesn't just move動く
in one direction方向 or the other,
227
755516
2902
どちらか一方向だけに動くのではなく
12:50
but can followフォローする multiple複数 pathways経路
at the same同じ time.
228
758442
3320
同時に複数の経路を通って
移動することができます
12:54
Some years ago,
the world世界 of science科学 was shockedショックを受けた
229
762708
3916
数年前にある実験結果を示す論文が
発表されたとき
12:58
when a paper was published出版された
showing表示 experimental実験的 evidence証拠
230
766648
3584
学会は震撼しました
13:02
that quantum量子 coherenceコヒーレンス
takes place場所 inside内部 bacteria細菌,
231
770256
3776
バクテリア内部の光合成で
量子コヒーレンスが起きていることが
13:06
carrying運ぶ out photosynthesis光合成.
232
774056
1686
示されたのです
13:07
The ideaアイディア is that the photon光子,
the particle粒子 of light, the sunlight太陽光,
233
775766
3064
こういうことです 太陽光としての
光子つまり光の粒子 もしくは
13:10
the quantum量子 of light
captured捕獲 by a chlorophyllクロロフィル molecule分子,
234
778854
3344
光の量子がクロロフィル分子によって
吸収され
13:14
is then delivered配信された to what's calledと呼ばれる
the reaction反応 centerセンター,
235
782222
2591
反応中心と呼ばれる場所に
送り届けられ
13:16
where it can be turned回した into
chemical化学 energyエネルギー.
236
784837
2064
そこで化学エネルギーへと転じます
13:18
And in getting取得 there,
it doesn't just followフォローする one routeルート;
237
786925
2648
そこに至るまでに
単一の経路を通るのではなく
13:21
it follows続く multiple複数 pathways経路 at once一度,
238
789597
2215
同時に複数の経路を通ることによって
13:23
to optimize最適化する the most最も efficient効率的な way
of reaching到達 the reaction反応 centerセンター
239
791836
4337
熱放散されることなく
最も効率の良い方法で
13:28
withoutなし dissipating消散する as waste廃棄物 heat.
240
796197
1721
反応中心へとたどり着くのです
13:31
Quantum量子 coherenceコヒーレンス taking取る place場所
inside内部 a living生活 cell細胞.
241
799228
3309
量子コヒーレンスが生物の細胞の中でも
起きているのです
13:34
A remarkable顕著 ideaアイディア,
242
802561
2120
素晴らしい考えです
13:36
and yetまだ evidence証拠 is growing成長する almostほぼ weekly毎週,
with new新しい papers論文 coming到来 out,
243
804705
6235
この現象が確かに起きていることを示す
新たな論文が提出されており
13:42
confirming確認する that this
does indeed確かに take place場所.
244
810964
2212
ほぼ毎週のように証拠が
積み重ねられています
13:45
My third三番 and final最後の example
is the most最も beautiful綺麗な, wonderful素晴らしい ideaアイディア.
245
813555
4739
3つ目 これが最後の例になりますが
最も美しく素晴らしいアイデアです
13:50
It's alsoまた、 still very speculative投機的,
but I have to shareシェア it with you.
246
818318
4063
これも未だ推論の域にありますが
是非ともご紹介したいと思います
13:54
The Europeanヨーロッパ人 robinロビン
migrates移行する from Scandinaviaスカンジナビア
247
822405
4612
ヨーロッパコマドリは毎秋
スカンジナビアから
13:59
down to the Mediterranean地中海, everyすべて autumn,
248
827041
2635
地中海沿岸に渡ります
14:01
and like a lot of other
marineマリン animals動物 and even insects昆虫,
249
829700
3373
他の海に棲む動物
さらには昆虫と同じく
14:05
they navigateナビゲートする by sensingセンシング
the Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド.
250
833097
4300
地球の磁場を感じながら
渡る方向を探ります
14:10
Now, the Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド
is very, very weak弱い;
251
838968
2427
とはいっても 地球の磁場は
とてもとても微弱で
14:13
it's 100 times weaker弱い
than a fridge冷蔵庫 magnet磁石,
252
841419
2080
冷蔵庫の扉に張り付ける磁石の
100分の1程度です
14:15
and yetまだ it affects影響を与える the chemistry化学 --
somehow何とか -- within以内 a living生活 organism生物.
253
843523
5601
それでも生物の中で
化学的な作用を及ぼします
14:21
That's not in doubt疑問に思う --
a Germanドイツ人 coupleカップル of ornithologists鳥類学者,
254
849932
3806
これには疑いの余地がありません
事実 ドイツの鳥類学者
14:25
Wolfgangヴォルフガング and RoswithaRoswitha Wiltschkoウィルトシャー,
in the 1970s, confirmed確認済み that indeed確かに,
255
853762
4260
ウルフガング、ロズウィサ・ヴィルトシュコ夫妻は
1970年代に
14:30
the robinロビン does find its way by somehow何とか
sensingセンシング the Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド,
256
858046
3977
コマドリが何らかの方法で地球の磁場を
感じることにより
14:34
to give it directional指向性の information情報 --
a built-inビルトイン compassコンパス.
257
862047
3327
方角を知るのだということを確認しました
まるで体内方位磁針のようです
14:37
The puzzleパズル, the mystery神秘 was:
How does it do it?
258
865398
2249
これは謎めいていました
その仕組みは?
14:40
Well, the only theory理論 in townタウン --
259
868351
3030
知りうる限り
考えられる理論は一つです
14:43
we don't know if it's the correct正しい theory理論,
but the only theory理論 in townタウン --
260
871405
3436
その正否は分りませんが
唯一考えられるのは
14:46
is that it does it via経由 something
calledと呼ばれる quantum量子 entanglementエンタングルメント.
261
874865
2984
「量子もつれ」といわれる現象です
14:50
Inside内部 the robin'sロビンズ retina網膜 --
262
878567
2374
コマドリの網膜の中には ―
14:52
I kidキッド you not -- inside内部 the robin'sロビンズ retina網膜
is a proteinタンパク質 calledと呼ばれる cryptochromeクリプトクローム,
263
880965
4232
冗談を言っている訳ではありません―
クリプトクロムという光に敏感に反応する
14:57
whichどの is light-sensitive感光性.
264
885221
1380
タンパク質があります
14:58
Within以内 cryptochromeクリプトクローム, a pairペア of electrons電子
are quantum-entangled量子もつれ.
265
886625
3939
クリプトクロムの中で一対の電子が
量子もつれを起こしているのです
15:02
Now, quantum量子 entanglementエンタングルメント
is when two particles粒子 are far遠い apart離れて,
266
890588
3232
量子もつれとは
2つの粒子が遠く離れていても
15:05
and yetまだ somehow何とか remain残る
in contact接触 with each other.
267
893844
2834
何らかの方法で互いに影響を
及ぼしあうことで
15:08
Even Einsteinアインシュタイン hated嫌いな this ideaアイディア;
268
896991
1446
アインシュタインでさえも
この考えを嫌い
15:10
he calledと呼ばれる it "spooky不気味な actionアクション
at a distance距離."
269
898461
2039
「不気味な遠隔操作」と
言い放ちました
15:12
(Laughter笑い)
270
900524
1881
(笑)
15:14
So if Einsteinアインシュタイン doesn't like it,
then we can all be uncomfortable不快な with it.
271
902429
3443
アインシュタインが気に入らぬことには
不安が残ります
15:17
Two quantum-entangled量子もつれ electrons電子
within以内 a singleシングル molecule分子
272
905896
2853
単一の分子内の
量子もつれの状態にある2つの電子は
15:20
danceダンス a delicate繊細 danceダンス
273
908773
1471
繊細なダンスを演じます
15:22
that is very sensitive敏感な
to the direction方向 the bird flies飛行機
274
910268
2541
地球の磁場の影響下
鳥が飛行する方向に対し
15:24
in the Earth's地球の magnetic磁気 fieldフィールド.
275
912833
1531
とても敏感に影響を受けます
15:26
We don't know if it's
the correct正しい explanation説明,
276
914848
2610
これが正しい説明となるかは
定かではありませんが
15:29
but wowワオ, wouldn'tしないだろう it be excitingエキサイティング
if quantum量子 mechanics力学 helps助けて birds navigateナビゲートする?
277
917482
4544
量子力学的な作用が鳥の飛行に
一役買っているなんて凄いと思いませんか?
15:35
Quantum量子 biology生物学 is still in it infancy幼児期.
278
923069
2721
量子生物学はまだ揺籃期にあります
15:37
It's still speculative投機的.
279
925814
3484
まだ推測の域にあります
15:41
But I believe it's built建てられた on solid固体 science科学.
280
929742
3849
それでも確固たる科学的な手法で
築き上げられていると信じています
15:45
I alsoまた、 think that
in the coming到来 decade10年 or so,
281
933917
3809
今後十年程度の内に
15:49
we're going to start開始 to see
that actually実際に, it pervades浸透する life --
282
937750
4841
量子力学的効果が生物内に
広く作用していて
15:54
that life has evolved進化した tricksトリック
that utilize利用する the quantum量子 world世界.
283
942615
4596
生物はそのおかげで 進化したのだと
判明するものと私は考えています
16:00
Watch this spaceスペース.
284
948026
1428
この分野にご注目ください
16:01
Thank you.
285
949478
1157
どうも有難うございました
16:02
(Applause拍手)
286
950659
2202
(拍手)
Translated by Tomoyuki Suzuki
Reviewed by Misaki Sato

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
Jim Al-Khalili - Quantum physicist
Physicist Jim Al-Khalili and co-author Johnjoe McFadden, a biologist, explore the far edges of quantum biology in their book "Life on the Edge."

Why you should listen
A professor of physics at the University of Surrey, Jim Al-Khalili doubles as a science communicator and broadcaster. He’s the co-author with Johnjoe McFadden of Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. The book explores this emerging -- and still largely speculative -- area of science suggesting that quantum mechanics may play a role in biology. If so, it may help us understand what drives genetic mutations that lead to cancer, or how robins fly from Scandinavia to the Mediterranean.
More profile about the speaker
Jim Al-Khalili | Speaker | TED.com