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

Джим Эль-Халили: Как квантовая биология может разрешить загадки живой материи

Filmed:
2,255,707 views

Как зарянка определяет в полёте, где юг? Ответ покажется вам странным: к этому может быть причастна квантовая физика. В своём выступлении Джим Эль-Халили знакомит нас с едва зародившимся, чрезвычайно необычным миром квантовой биологии, в котором явление, названное Эйнштейном «жутким дальнодействием», помогает птицам ориентироваться, а квантовые эффекты могут объяснить происхождение жизни как таковой.
- 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.

Сегодня я бы хотел поговорить
00:13
I'd like to introduceвводить you
to an emergingпоявление areaплощадь of scienceнаука,
0
1190
4528
о перспективной области науки,
00:17
one that is still speculativeумозрительный
but hugelyочень excitingзахватывающе,
1
5742
3943
области спорной, но чрезвычайно интересной
и, безусловно, стремительно развивающейся.
00:21
and certainlyбезусловно one
that's growingрост very rapidlyбыстро.
2
9709
2629
Квантовая биология
пытается ответить на вопрос:
00:25
Quantumквант biologyбиология
asksспрашивает a very simpleпросто questionвопрос:
3
13448
4048
могут ли законы квантовой механики
00:29
Does quantumквант mechanicsмеханика --
4
17520
1350
00:30
that weirdстранный and wonderfulзамечательно
and powerfulмощный theoryтеория
5
18894
3302
этой удивительной теории
о поведении субатомных частиц,
атомов и молекул,
00:34
of the subatomicсубатомный worldМир
of atomsатомы and moleculesмолекулы
6
22220
2688
00:36
that underpinsподкрепляет so much
of modernсовременное physicsфизика and chemistryхимия --
7
24932
3488
лежащей в основе многих направлений
современной физики и химии,
00:40
alsoтакже playиграть a roleроль insideвнутри the livingживой cellклетка?
8
28444
3412
действовать также внутри живой клетки?
00:43
In other wordsслова: Are there processesпроцессы,
mechanismsмеханизмы, phenomenaявления
9
31880
4079
Говоря иначе, происходят ли
в живых организмах такие явления,
00:47
in livingживой organismsмикроорганизмы
that can only be explainedобъяснил
10
35983
3988
которые можно было бы объяснить
00:51
with a helpingпомощь handрука
from quantumквант mechanicsмеханика?
11
39995
2743
только с помощью квантовой механики?
Итак, квантовая биология
не новое направление.
00:55
Now, quantumквант biologyбиология isn't newновый;
12
43546
1637
00:57
it's been around sinceпоскольку the earlyрано 1930s.
13
45207
2401
Она возникла в начале 30-х.
00:59
But it's only in the last decadeдесятилетие or so
that carefulосторожный experimentsэксперименты --
14
47928
3715
И лишь недавно в ходе экспериментов
01:03
in biochemistryбиохимия labsлаборатории,
usingс помощью spectroscopyспектроскопия --
15
51667
3464
с применением спектроскопии
было доказано, что некоторые явления
объясняются с помощью квантовой механики.
01:07
have shownпоказанный very clearЧисто, firmфирма evidenceдоказательства
that there are certainопределенный specificконкретный mechanismsмеханизмы
16
55155
6863
01:14
that requireтребовать quantumквант mechanicsмеханика
to explainобъяснять them.
17
62042
2511
01:17
Quantumквант biologyбиология bringsприносит togetherвместе
quantumквант physicistsфизики, biochemistsбиохимики,
18
65674
3329
Квантовая биология интересует
квантовых физиков, биохимиков,
01:21
molecularмолекулярная biologistsбиологам --
it's a very interdisciplinaryмеждисциплинарный fieldполе.
19
69027
3641
молекулярных биологов — эта область
объединяет много дисциплин.
Я занимаюсь квантовой физикой,
я физик-ядерщик.
01:24
I come from quantumквант physicsфизика,
so I'm a nuclearядерной physicistфизик.
20
72692
3929
01:28
I've spentпотраченный more than threeтри decadesдесятилетия
21
76645
2265
Мне потребовалось более 30 лет,
чтобы освоить принципы квантовой механики.
01:30
tryingпытаясь to get my headглава
around quantumквант mechanicsмеханика.
22
78934
2929
Один из основателей
квантовой механики, Нильс Бор,
01:33
One of the foundersучредители
of quantumквант mechanicsмеханика, NielsНильс BohrБор,
23
81887
2493
сказал: «Если она не потрясла тебя —
ты её ещё не понял».
01:36
said, If you're not astonishedпораженный by it,
then you haven'tне understoodпонимать it.
24
84404
3350
Так что я рад, что она до сих пор
восхищает меня.
01:40
So I sortСортировать of feel happyсчастливый
that I'm still astonishedпораженный by it.
25
88237
2843
Это здорово.
01:43
That's a good thing.
26
91104
1745
01:44
But it meansозначает I studyизучение the very
smallestнаименьшее structuresсооружения in the universeвселенная --
27
92873
6885
Я исследую мельчайшие частицы
во Вселенной,
01:51
the buildingздание blocksблоки of realityреальность.
28
99782
2075
кирпичики реального.
01:53
If we think about the scaleмасштаб of sizeразмер,
29
101881
3215
Чтобы представить себе размеры изучаемого,
01:57
startНачало with an everydayкаждый день objectобъект
like the tennisбольшой теннис ballмяч,
30
105120
2952
давайте возьмём, к примеру, теннисный мяч.
02:00
and just go down ordersзаказы
of magnitudeвеличина in sizeразмер --
31
108096
2901
Затем представим предметы
меньшего размера:
02:03
from the eyeглаз of a needleигла down to a cellклетка,
down to a bacteriumбактерия, down to an enzymeфермент --
32
111021
5197
игольное ушко, клетку,
бактерию, фермент, —
02:08
you eventuallyв итоге reachдостичь the nano-worldнано-мир.
33
116242
1729
это и будет мир размера «нано».
02:09
Now, nanotechnologyнанотехнологии mayмай be
a termсрок you've heardуслышанным of.
34
117995
2495
Вероятно, слово «нанотехнологии»
вам о чём-нибудь говорит.
02:12
A nanometerнанометр is a billionthмиллиардный of a meterметр.
35
120841
2853
Нанометр — миллиардная часть метра.
02:16
My areaплощадь is the atomicатомное nucleusядро,
whichкоторый is the tinyкрошечный dotточка insideвнутри an atomатом.
36
124560
4370
Моя область исследований — ядро,
крохотная точка внутри атома.
02:20
It's even smallerменьше in scaleмасштаб.
37
128954
1932
Оно ещё меньшего размера.
02:22
This is the domainдомен of quantumквант mechanicsмеханика,
38
130910
1918
Таков предмет изучения
квантовой механики,
02:24
and physicistsфизики and chemistsхимики
have had a long time
39
132852
2516
физики и химики давно пытаются
02:27
to try and get used to it.
40
135392
1301
привыкнуть к этому.
02:29
BiologistsБиологи, on the other handрука,
have got off lightlyслегка, in my viewПосмотреть.
41
137248
4457
Биологам, по-моему, ещё повезло.
02:34
They are very happyсчастливый with theirих
balls-and-sticksШарики и-палки modelsмодели of moleculesмолекулы.
42
142071
4331
Они не нарадуются на палочки-шарики
пластиковых моделей молекул.
02:38
(LaughterСмех)
43
146426
1082
(Смех)
02:39
The ballsмячи are the atomsатомы, the sticksпалочки
are the bondsоблигации betweenмежду the atomsатомы.
44
147532
3198
Шар представляет собой атом, а палочка —
связь между атомами.
И если они не могут
построить модель в лаборатории,
02:42
And when they can't buildстроить them
physicallyфизически in the labлаборатория,
45
150754
2494
то сегодня в их распоряжении
мощные компьютеры
02:45
nowadaysВ наше время, they have
very powerfulмощный computersкомпьютеры
46
153272
2392
02:47
that will simulateмоделировать a hugeогромный moleculeмолекула.
47
155688
1967
для создания модели молекул.
02:49
This is a proteinбелок madeсделал up
of 100,000 atomsатомы.
48
157679
3664
Вы видите модель белка,
состоящего из 100 000 атомов.
02:54
It doesn't really requireтребовать much in the way
of quantumквант mechanicsмеханика to explainобъяснять it.
49
162003
4335
Чтобы объяснить его свойства,
не требуются уравнения квантовой теории.
02:59
Quantumквант mechanicsмеханика
was developedразвитая in the 1920s.
50
167695
2889
Квантовая механика зародилась в 1920-х.
03:02
It is a setзадавать of beautifulкрасивая and powerfulмощный
mathematicalматематическая rulesправила and ideasидеи
51
170965
6880
Это теория точных и ёмких
математических уравнений,
03:09
that explainобъяснять the worldМир of the very smallмаленький.
52
177869
2608
которые описывают явления микромира.
03:12
And it's a worldМир that's very differentдругой
from our everydayкаждый день worldМир,
53
180501
3372
И этот мир не похож
на нашу обыденную реальность,
03:15
madeсделал up of trillionsтриллионы of atomsатомы.
54
183897
1519
состоящую из триллионов атомов.
03:17
It's a worldМир builtпостроен
on probabilityвероятность and chanceшанс.
55
185440
3557
Это мир, балансирующий
между возможностью и вероятностью.
03:21
It's a fuzzyнечеткий worldМир.
56
189818
1302
Мир неопределённости.
03:23
It's a worldМир of phantomsфантомы,
57
191144
1730
Это мир фантомов,
03:24
where particlesчастицы can alsoтакже behaveвести себя
like spread-outразмазанной wavesволны.
58
192898
3348
где частицы могут вести себя, как волны.
03:30
If we imagineпредставить quantumквант mechanicsмеханика
or quantumквант physicsфизика, then,
59
198157
2862
Если учесть, что квантовая механика,
или квантовая физика,
03:33
as the fundamentalфундаментальный
foundationФонд of realityреальность itselfсам,
60
201043
5214
объясняет основополагающие явления
реальности вообще,
03:38
then it's not surprisingудивительный that we say
61
206281
1730
логично предположить,
что квантовая физика объясняет
явления органической химии.
03:40
quantumквант physicsфизика underpinsподкрепляет
organicорганический chemistryхимия.
62
208035
2420
03:42
After all, it givesдает us
the rulesправила that tell us
63
210479
2120
Ведь она объясняет,
как атомы образуют органические молекулы.
03:44
how the atomsатомы fitпоместиться togetherвместе
to make organicорганический moleculesмолекулы.
64
212623
2641
03:47
Organicорганический chemistryхимия,
scaledмасштабируется up in complexityсложность,
65
215288
3239
Органическая химия, в свою очередь,
03:50
givesдает us molecularмолекулярная biologyбиология,
whichкоторый of courseкурс leadsприводит to life itselfсам.
66
218551
3322
связана с молекулярной биологией,
а она — с живыми организмами.
03:54
So in a way, it's sortСортировать of not surprisingудивительный.
67
222174
1977
Так что в каком-то смысле
это неудивительно.
03:56
It's almostпочти trivialтривиальный.
68
224175
1214
Почти обыденно.
03:57
You say, "Well, of courseкурс life ultimatelyв конечном счете
mustдолжен dependзависеть of quantumквант mechanicsмеханика."
69
225413
4220
Вы скажете: «Конечно, жизнь должна
объясняться законами квантовой механики».
04:02
But so does everything elseеще.
70
230141
2390
Но не только живая материя,
также всё остальное,
04:04
So does all inanimateнеодушевленный matterдело,
madeсделал up of trillionsтриллионы of atomsатомы.
71
232555
3615
например, неорганическое вещество,
состоящее из триллионов атомов.
04:08
Ultimatelyв конечном счете, there's a quantumквант levelуровень
72
236501
4878
В итоге на квантовом уровне
04:13
where we have to delveкопаться into
this weirdnessстранность.
73
241403
2183
нам придётся иметь дело
с этой странной теорией.
04:15
But in everydayкаждый день life,
we can forgetзабывать about it.
74
243610
2416
А в обыденной жизни
мы можем о ней забыть.
04:18
Because onceодин раз you put togetherвместе
trillionsтриллионы of atomsатомы,
75
246404
3199
Потому что стоит собрать воедино
триллионы атомов,
04:21
that quantumквант weirdnessстранность
just dissolvesрастворяет away.
76
249627
2615
как вся загадка исчезает.
04:27
Quantumквант biologyбиология isn't about this.
77
255288
2569
Но квантовая биология не об этом.
04:29
Quantumквант biologyбиология isn't this obviousочевидный.
78
257881
2556
Квантовая биология не так проста.
04:32
Of courseкурс quantumквант mechanicsмеханика
underpinsподкрепляет life at some molecularмолекулярная levelуровень.
79
260461
4229
Квантовая механика описывает свойства
живых организмов на молекулярном уровне.
04:37
Quantumквант biologyбиология is about looking
for the non-trivialнетривиальный --
80
265254
6004
Квантовая биология рассматривает странные
04:43
the counterintuitiveпротиворечит здравому смыслу ideasидеи
in quantumквант mechanicsмеханика --
81
271282
4476
и противоречащие логике идеи
квантовой механики
04:47
and to see if they do, indeedв самом деле,
playиграть an importantважный roleроль
82
275782
3015
и пытается понять, действительно ли
они применимы
04:50
in describingописывающее the processesпроцессы of life.
83
278821
2452
к описанию процессов, происходящих
внутри живой клетки.
04:54
Here is my perfectидеально exampleпример
of the counterintuitivenesscounterintuitiveness
84
282653
5220
Перед вами идеальный пример
такого парадокса
04:59
of the quantumквант worldМир.
85
287897
1446
квантового мира.
05:01
This is the quantumквант skierлыжник.
86
289367
1251
Квантовый лыжник.
05:02
He seemsкажется to be intactнеповрежденный,
he seemsкажется to be perfectlyв совершенстве healthyздоровый,
87
290642
2640
Кажется, что он цел и невредим,
05:05
and yetвсе же, he seemsкажется to have goneпрошло around
bothи то и другое sidesстороны of that treeдерево at the sameодна и та же time.
88
293306
4127
и тем не менее он умудрился одновременно
проехать по обе стороны дерева.
05:09
Well, if you saw tracksтреков like that
89
297457
1663
«Такие следы на снегу, должно быть,
05:11
you'dвы бы guessУгадай it was some
sortСортировать of stuntтрюк, of courseкурс.
90
299144
2309
какой-то трюк», — подумаете вы.
05:13
But in the quantumквант worldМир,
this happensпроисходит all the time.
91
301477
2591
Но в мире квантов это обычное дело.
05:16
ParticlesЧастицы can multitaskмногозадачный,
they can be in two placesмест at onceодин раз.
92
304864
3026
Частицы могут быть
в двух местах одновременно.
05:19
They can do more than one thing
at the sameодна и та же time.
93
307914
2328
Они способны выполнять
сразу несколько задач.
05:22
ParticlesЧастицы can behaveвести себя
like spread-outразмазанной wavesволны.
94
310266
2643
Частицы иногда демонстрируют свойства
хаотичных волн.
05:25
It's almostпочти like magicмагия.
95
313298
1599
Это почти волшебство.
05:27
PhysicistsФизикам and chemistsхимики have had
nearlyоколо a centuryвека
96
315538
2749
Вот уже почти столетие физики и химики
05:30
of tryingпытаясь to get used to this weirdnessстранность.
97
318311
2646
пытаются освоиться
с этим загадочным миром.
Биологи не виноваты в том,
05:33
I don't blameвина the biologistsбиологам
98
321445
1350
что они не хотели или не хотят
изучать квантовую механику.
05:34
for not havingимеющий to or wantingжелая
to learnучить quantumквант mechanicsмеханика.
99
322819
2635
05:37
You see, this weirdnessстранность is very delicateнежный;
100
325478
3198
Её принципы крайне сложно наблюдать.
05:40
and we physicistsфизики work very hardжесткий
to maintainподдерживать it in our labsлаборатории.
101
328700
4450
И мы, физики, стараемся изо всех сил,
чтобы воссоздать нужные условия.
05:45
We coolкруто our systemсистема down
to nearвозле absoluteабсолютный zeroнуль,
102
333174
4204
Мы охлаждаем наши системы
почти до абсолютного нуля,
05:49
we carryнести out our experimentsэксперименты in vacuumsвакуум,
103
337402
1945
проводим эксперименты в вакууме,
05:51
we try and isolateизолировать it
from any externalвнешний disturbanceнарушение.
104
339371
3527
пытаемся изолировать их от любого
внешнего воздействия,
05:55
That's very differentдругой from the warmтепло,
messyбеспорядочный, noisyшумный environmentОкружающая среда of a livingживой cellклетка.
105
343602
5078
что совсем не похоже на тёплую,
хаотичную среду живой клетки.
06:01
BiologyБиология itselfсам, if you think of
molecularмолекулярная biologyбиология,
106
349960
2787
Кажется, что биология как таковая,
молекулярная биология,
06:04
seemsкажется to have doneсделанный very well
in describingописывающее all the processesпроцессы of life
107
352771
3457
стройно описывает процессы,
происходящие внутри живой клетки
06:08
in termsсроки of chemistryхимия --
chemicalхимическая reactionsреакции.
108
356252
2486
в терминах химии — химическими реакциями.
06:10
And these are reductionistредукционистская,
deterministicдетерминистический chemicalхимическая reactionsреакции,
109
358762
4850
И это упрощённые химические реакции,
06:15
showingпоказ that, essentiallyпо существу, life is madeсделал
of the sameодна и та же stuffматериал as everything elseеще,
110
363636
5114
доказывающие, что живые клетки созданы
из того же материала, что и всё остальное.
06:20
and if we can forgetзабывать about quantumквант
mechanicsмеханика in the macroмакрос worldМир,
111
368774
3060
Если мы можем не учитывать
квантовую теорию в макромире,
06:23
then we should be ableв состоянии to forgetзабывать
about it in biologyбиология, as well.
112
371858
3246
то можно забыть про неё и в биологии.
06:27
Well, one man beggedумоляла
to differотличаться with this ideaидея.
113
375706
3364
Один человек не согласился с этой идеей.
06:32
ErwinErwin SchrSchrödingerДингер,
of SchrSchrödinger'sДингер-х CatКот fameизвестность,
114
380062
3469
Эрвин Шрёдингер, известный своим
котом Шрёдингера, —
06:35
was an Austrianавстриец physicistфизик.
115
383555
1317
австрийский физик.
06:36
He was one of the foundersучредители
of quantumквант mechanicsмеханика in the 1920s.
116
384896
3183
В 1920-х он стал одним из основателей
квантовой механики.
06:40
In 1944, he wroteписал a bookкнига
calledназывается "What is Life?"
117
388663
2707
В 1944-м он написал книгу
под названием «Что такое жизнь?».
06:43
It was tremendouslyчрезвычайно influentialвлиятельный.
118
391839
1731
Эта работа стала настоящим прорывом.
06:45
It influencedвлияние FrancisФрэнсис Crickрастяжение мышц
and JamesДжеймс WatsonУотсон,
119
393594
2881
Она повлияла на Фрэнсиса Крика
и Джеймса Уотсона,
открывших структуру двойной спирали ДНК.
06:48
the discoverersоткрыватели of the double-helixдвойная спираль
structureсостав of DNAДНК.
120
396499
2523
06:51
To paraphraseпарафраз a descriptionописание
in the bookкнига, he saysговорит:
121
399343
3668
В своей книге он пишет:
06:55
At the molecularмолекулярная levelуровень,
livingживой organismsмикроорганизмы have a certainопределенный orderзаказ,
122
403035
5786
«На молекулярном уровне в живых организмах
есть определённый порядок,
07:00
a structureсостав to them that's very differentдругой
123
408845
3232
строй, присущий только им
и отличающийся
07:04
from the randomслучайный thermodynamicтермодинамический jostlingтолкаясь
of atomsатомы and moleculesмолекулы
124
412101
4736
от термодинамического хаоса
атомов и молекул
07:08
in inanimateнеодушевленный matterдело
of the sameодна и та же complexityсложность.
125
416861
3706
в неживой материи такой же сложности.
07:13
In factфакт, livingживой matterдело seemsкажется to behaveвести себя
in this orderзаказ, in a structureсостав,
126
421504
5014
Похоже, что живая материя обнаруживает
тот же порядок, структуру,
07:18
just like inanimateнеодушевленный matterдело
cooledохлажденный down to nearвозле absoluteабсолютный zeroнуль,
127
426542
3834
что и неживая, но охлаждённая
до абсолютного нуля,
07:22
where quantumквант effectsпоследствия
playиграть a very importantважный roleроль.
128
430400
3033
где большую роль играют
квантовые эффекты.
07:26
There's something specialособый
about the structureсостав -- the orderзаказ --
129
434280
4160
Есть что-то необычное
в структуре, в порядке
07:30
insideвнутри a livingживой cellклетка.
130
438464
1560
внутри живой клетки».
07:32
So, SchrSchrödingerДингер speculatedразмышляли that maybe
quantumквант mechanicsмеханика playsигры a roleроль in life.
131
440048
5293
Шрёдингер предположил, что
квантовая механика распространяется
и на живую материю.
07:38
It's a very speculativeумозрительный,
far-reachingдалеко идущий ideaидея,
132
446096
3425
Это спорная, многообещающая гипотеза,
07:41
and it didn't really go very farдалеко.
133
449545
2873
не оправдавшая, как оказалось,
возложенных надежд.
07:45
But as I mentionedупомянутый at the startНачало,
134
453536
1533
Но, как я уже говорил в начале,
07:47
in the last 10 yearsлет, there have been
experimentsэксперименты emergingпоявление,
135
455093
2799
последние десять лет
проводились эксперименты,
подтверждающие, что некоторые
биологические процессы
07:49
showingпоказ where some of these
certainопределенный phenomenaявления in biologyбиология
136
457916
4055
07:53
do seemказаться to requireтребовать quantumквант mechanicsмеханика.
137
461995
1763
объясняются квантовой теорией.
Мне бы хотелось поделиться
некоторыми из этих удивительных идей.
07:55
I want to shareдоля with you
just a fewмало of the excitingзахватывающе onesте,.
138
463782
3123
08:00
This is one of the best-knownнаиболее известных
phenomenaявления in the quantumквант worldМир,
139
468215
3707
Это одно из самых известных явлений
квантового мира —
08:03
quantumквант tunnelingтуннелирование.
140
471946
1701
туннельный эффект.
08:05
The boxкоробка on the left showsшоу
the wavelikeволнообразный, spread-outразмазанной distributionраспределение
141
473671
4389
В левой части камеры находится
волнообразное, рассеянное распределение
08:10
of a quantumквант entityорганизация --
a particleчастица, like an electronэлектрон,
142
478084
2761
пучка квантов — частицы,
например, электрона,
08:12
whichкоторый is not a little ballмяч
bouncingпрыгающий off a wallстена.
143
480869
3637
и она отличается от мячика,
отскакивающего от стены.
08:16
It's a waveволна that has a certainопределенный probabilityвероятность
of beingявляющийся ableв состоянии to permeateпропитывать
144
484530
4739
Это волна, с определённой вероятностью
проходящая
08:21
throughчерез a solidтвердый wallстена, like a phantomфантом
leapingпрыгающий throughчерез to the other sideбоковая сторона.
145
489293
3406
сквозь сплошную преграду, словно фантом,
перескакивающий на другую сторону.
08:24
You can see a faintслабый smudgeмазаться of lightлегкий
in the right-handправая рука boxкоробка.
146
492723
4098
Вы можете наблюдать бледное пятно света
в правой части камеры.
08:29
Quantumквант tunnelingтуннелирование suggestsпредполагает that a particleчастица
can hitудар an impenetrableнепроницаемый barrierбарьер,
147
497773
4612
Туннелирование — это когда микрочастица
отскакивает от непроницаемого барьера,
08:34
and yetвсе же somehowкак-то, as thoughхоть by magicмагия,
148
502409
2460
и при этом, как по волшебству,
08:36
disappearисчезать from one sideбоковая сторона
and reappearвозрождаться on the other.
149
504893
2444
исчезает с одной стороны
и появляется с другой.
Лучше всего объяснить
этот эффект так: если вы хотите
08:39
The nicestсамый хороший way of explainingобъясняя it is
if you want to throwбросать a ballмяч over a wallстена,
150
507658
4251
перебросить мяч через стену,
08:43
you have to give it enoughдостаточно energyэнергия
to get over the topВверх of the wallстена.
151
511933
3577
вы должны дать мячу достаточно энергии,
чтобы он мог перелететь через неё.
08:47
In the quantumквант worldМир,
you don't have to throwбросать it over the wallстена,
152
515534
3058
В квантовом мире необязательно
перекидывать мяч через стену,
08:50
you can throwбросать it at the wallстена,
and there's a certainопределенный non-zeroненулевая probabilityвероятность
153
518616
3407
можно кинуть его в стену,
и с какой-то вероятностью, не равной нулю,
08:54
that it'llэто будет disappearисчезать on your sideбоковая сторона,
and reappearвозрождаться on the other.
154
522047
3323
он исчезнет с одной стороны
и появится с другой.
08:57
This isn't speculationспекуляция, by the way.
155
525394
1678
И, кстати, это вовсе не гипотеза.
08:59
We're happyсчастливый -- well, "happyсчастливый"
is not the right wordслово --
156
527096
3396
Мы с удовольствием — слово «удовольствие»
тут не очень подходит —
09:02
(LaughterСмех)
157
530516
2045
(Смех)
09:04
we are familiarзнакомые with this.
158
532585
1618
мы хорошо изучили это явление.
09:06
(LaughterСмех)
159
534227
2745
(Смех)
09:08
Quantumквант tunnelingтуннелирование
takes placeместо all the time;
160
536996
2294
Тунннельный эффект происходит
сплошь и рядом.
09:11
in factфакт, it's the reasonпричина our Sunсолнце shinesблестит.
161
539314
2667
Без него у нас бы не было
солнечного света.
09:14
The particlesчастицы fuseпредохранитель togetherвместе,
162
542655
1509
Частицы соединяются,
09:16
and the Sunсолнце turnsвитки hydrogenводород
into heliumгелий throughчерез quantumквант tunnelingтуннелирование.
163
544188
3698
и Солнце с помощью туннельного эффекта
превращает водород в гелий.
09:21
Back in the 70s and 80s, it was discoveredобнаруженный
that quantumквант tunnelingтуннелирование alsoтакже takes placeместо
164
549464
5220
В 70-х–80-х мы поняли, что
квантовое туннелирование происходит
09:26
insideвнутри livingживой cellsячейки.
165
554708
1192
также и в живых клетках.
09:28
EnzymesФерменты, those workhorsesлошадки of life,
the catalystsкатализаторы of chemicalхимическая reactionsреакции --
166
556290
6266
Ферменты, «рабочие лошадки» живых систем,
катализаторы химических реакций,
09:34
enzymesферменты are biomoleculesбиомолекулы that speedскорость up
chemicalхимическая reactionsреакции in livingживой cellsячейки,
167
562580
4166
ферменты — биомолекулы, ускоряющие
химические реакции в живых клетках
09:38
by manyмногие, manyмногие ordersзаказы of magnitudeвеличина.
168
566770
1703
во много-много раз.
09:40
And it's always been a mysteryтайна
how they do this.
169
568497
2784
Но как они это делают,
всегда оставалось загадкой.
09:43
Well, it was discoveredобнаруженный
170
571650
1189
Итак, удалось обнаружить,
09:44
that one of the tricksтрюки that enzymesферменты
have evolvedэволюционировали to make use of,
171
572863
4852
что один из приёмов,
который используют ферменты, —
09:49
is by transferringпередачи subatomicсубатомный particlesчастицы,
like electronsэлектроны and indeedв самом деле protonsпротоны,
172
577739
5228
перемещение субатомных частиц,
таких, как электроны и протоны,
09:54
from one partчасть of a moleculeмолекула
to anotherдругой viaс помощью quantumквант tunnelingтуннелирование.
173
582991
4661
из одной части молекулы в другую
посредством квантового туннелирования.
10:00
It's efficientэффективное, it's fastбыстро,
it can disappearисчезать --
174
588333
2851
Это эффективно, быстро,
он может исчезнуть,
10:03
a protonпротон can disappearисчезать from one placeместо,
and reappearвозрождаться on the other.
175
591208
3111
протон может исчезнуть из одного места
и появиться в другом.
10:06
EnzymesФерменты help this take placeместо.
176
594343
1629
Ферменты способствуют этому.
10:08
This is researchисследование that's been
carriedосуществляется out back in the 80s,
177
596548
2683
Это выводы научной работы,
проведённой в 80-х годах
10:11
particularlyв частности by a groupгруппа
in BerkeleyБеркли, JudithДжудит KlinmanKlinman.
178
599255
4037
исследовательской группой в Беркли
под руководством Джудит Клинман.
10:15
Other groupsгруппы in the UKВеликобритания
have now alsoтакже confirmedподтвердил
179
603316
2205
Британские учёные сегодня
также подтверждают
10:17
that enzymesферменты really do this.
180
605545
1411
выявленные факты о ферментах.
10:21
ResearchИсследование carriedосуществляется out by my groupгруппа --
181
609048
2549
Исследование, проведённое моей группой, —
10:23
so as I mentionedупомянутый,
I'm a nuclearядерной physicistфизик,
182
611621
2434
как я уже говорил, я физик-ядерщик,
10:26
but I've realizedпонял I've got these toolsинструменты
of usingс помощью quantumквант mechanicsмеханика
183
614079
3055
и я понял, что могу использовать
принципы квантовой механики
10:29
in atomicатомное nucleiядра, and so can applyподать заявление
those toolsинструменты in other areasрайоны as well.
184
617158
5085
и в других областях науки.
10:35
One questionвопрос we askedспросил
185
623404
1810
Мы хотели, например, понять,
10:37
is whetherбудь то quantumквант tunnelingтуннелирование
playsигры a roleроль in mutationsмутации in DNAДНК.
186
625238
4298
имеет ли место туннельный эффект
в мутациях ДНК.
10:41
Again, this is not a newновый ideaидея;
it goesидет all the way back to the earlyрано 60s.
187
629843
3660
Опять же, идея не новая: впервые
она прозвучала ещё в 60-х.
10:45
The two strandsпряди of DNAДНК,
the double-helixдвойная спираль structureсостав,
188
633527
2961
Две нити ДНК, структура двойной спирали,
10:48
are heldРучной togetherвместе by rungsступеньки;
it's like a twistedскрученный ladderлестница.
189
636512
2823
связаны вместе ступеньками, словно
винтовая лестница.
10:51
And those rungsступеньки of the ladderлестница
are hydrogenводород bondsоблигации --
190
639359
3507
И ступеньки этой лестницы —
водородные связи,
10:54
protonsпротоны, that actакт as the glueклей
betweenмежду the two strandsпряди.
191
642890
3790
протоны, как клей, скрепляющие нити ДНК.
10:58
So if you zoomзум in, what they're doing
is holdingдержа these largeбольшой moleculesмолекулы --
192
646704
4750
Так что если увеличить изображение,
окажется, что они связывают
эти большие молекулы, нуклеотиды, вместе.
11:03
nucleotidesнуклеотиды -- togetherвместе.
193
651478
1607
11:06
ZoomУвеличить in a bitнемного more.
194
654130
1150
Увеличим ещё немного.
11:07
So, this a computerкомпьютер simulationмоделирование.
195
655304
1916
Это компьютерная модель.
11:09
The two whiteбелый ballsмячи
in the middleсредний are protonsпротоны,
196
657855
3542
Два белых шарика в середине — протоны,
11:13
and you can see that
it's a doubleдвойной hydrogenводород bondсвязь.
197
661421
2299
это двойная водородная связь.
11:15
One prefersпредпочитает to sitсидеть on one sideбоковая сторона;
the other, on the other sideбоковая сторона
198
663744
3314
Один предпочитает находиться
с одной стороны, второй —
11:19
of the two strandsпряди of the verticalвертикальный linesлинии
going down, whichкоторый you can't see.
199
667082
4558
по другую сторону двух вертикальных нитей,
уходящих вниз, на модели этого не видно.
11:24
It can happenслучаться that
these two protonsпротоны can hopхмель over.
200
672410
3395
Бывает, что два протона меняются местами.
11:27
Watch the two whiteбелый ballsмячи.
201
675829
1436
Следите за белыми шариками.
11:29
They can jumpПрыгать over to the other sideбоковая сторона.
202
677748
1998
Они могут перескочить на другую сторону.
11:32
If the two strandsпряди of DNAДНК then separateотдельный,
leadingведущий to the processобработать of replicationкопирование,
203
680239
5646
Если две нити ДНК затем разделяются,
что приводит к репликации,
11:37
and the two protonsпротоны
are in the wrongнеправильно positionsпозиции,
204
685909
3199
и два протона находятся
не на своих местах,
11:41
this can leadвести to a mutationмутация.
205
689132
1763
может случиться мутация.
11:43
This has been knownизвестен for halfполовина a centuryвека.
206
691204
1872
Мы знаем об этом уже полвека.
11:45
The questionвопрос is: How likelyвероятно
are they to do that,
207
693100
2343
Вопрос вот в чём: какова вероятность,
что они поменяются, и если да — то
каким образом?
11:47
and if they do, how do they do it?
208
695467
2378
11:49
Do they jumpПрыгать acrossчерез,
like the ballмяч going over the wallстена?
209
697869
3019
Они перескакивают, как мяч через стену?
11:52
Or can they quantum-tunnelквантово-туннель acrossчерез,
even if they don't have enoughдостаточно energyэнергия?
210
700912
3502
Или используют туннельный эффект,
даже если у них недостаточно энергии?
11:57
EarlyРано indicationsпоказания suggestпредлагать that
quantumквант tunnelingтуннелирование can playиграть a roleроль here.
211
705089
4252
Первые исследования предполагают,
что здесь имеет место туннельный эффект.
12:01
We still don't know yetвсе же
how importantважный it is;
212
709365
2124
Мы не знаем, насколько важную роль
он играет;
12:03
this is still an openоткрытый questionвопрос.
213
711513
1792
пока этот вопрос остаётся без ответа.
12:06
It's speculativeумозрительный,
214
714199
1150
Это лишь гипотеза,
12:07
but it's one of those questionsвопросов
that is so importantважный
215
715373
2643
но это один из тех
особенно важных моментов,
12:10
that if quantumквант mechanicsмеханика
playsигры a roleроль in mutationsмутации,
216
718040
2446
ведь если квантовая механика
причастна к мутациям,
12:12
surelyконечно this mustдолжен have bigбольшой implicationsпоследствия,
217
720510
2299
разумеется, это значительным образом
повлияет
12:14
to understandПонимаю certainопределенный typesтипы of mutationsмутации,
218
722833
2694
на наше понимание отдельных видов мутаций,
12:17
possiblyвозможно even those that leadвести
to turningпревращение a cellклетка cancerousзлокачественный.
219
725551
3756
возможно, даже мутаций, которые
делают клетку раковой.
12:22
AnotherДругая exampleпример of quantumквант mechanicsмеханика
in biologyбиология is quantumквант coherenceсогласованность,
220
730803
5299
Ещё один пример квантовой механики
в биологии — квантовая когерентность,
12:28
in one of the mostбольшинство
importantважный processesпроцессы in biologyбиология,
221
736126
2353
сопутствующая важнейшему процессу
в биологии —
12:30
photosynthesisфотосинтез: plantsрастения
and bacteriaбактерии takingпринятие sunlightСолнечный лучик,
222
738503
3941
фотосинтезу: растения и бактерии
поглощают свет
12:34
and usingс помощью that energyэнергия to createСоздайте biomassбиомасса.
223
742468
2954
и используют его энергию,
чтобы производить биомассу.
12:38
Quantumквант coherenceсогласованность is the ideaидея
of quantumквант entitiesюридические лица multitaskingмногозадачность.
224
746215
4152
При квантовой когерентности пучки квантов
выполняют сразу несколько задач.
12:42
It's the quantumквант skierлыжник.
225
750912
1604
Например, как квантовый лыжник.
12:44
It's an objectобъект that behavesведет себя like a waveволна,
226
752540
2952
Объект ведёт себя как волна,
12:47
so that it doesn't just moveпереехать
in one directionнаправление or the other,
227
755516
2902
так что он не просто движется
в том или ином направлении,
12:50
but can followследовать multipleмножественный pathwaysпутей
at the sameодна и та же time.
228
758442
3320
а может одновременно передвигаться
несколькими траекториями.
12:54
Some yearsлет agoтому назад,
the worldМир of scienceнаука was shockedв шоке
229
762708
3916
Пару лет назад научное сообщество
было поражено работой,
12:58
when a paperбумага was publishedопубликованный
showingпоказ experimentalэкспериментальный evidenceдоказательства
230
766648
3584
которая предоставляла
экспериментальные доказательства того,
13:02
that quantumквант coherenceсогласованность
takes placeместо insideвнутри bacteriaбактерии,
231
770256
3776
что квантовая когерентность происходит
внутри бактерии
и так сопутствует
процессу фотосинтеза.
13:06
carryingпроведение out photosynthesisфотосинтез.
232
774056
1686
13:07
The ideaидея is that the photonфотон,
the particleчастица of lightлегкий, the sunlightСолнечный лучик,
233
775766
3064
Суть в том, что фотон, частица света,
солнечного света,
13:10
the quantumквант of lightлегкий
capturedзахваченный by a chlorophyllхлорофилл moleculeмолекула,
234
778854
3344
квант света, захваченный
хлорофилльной молекулой,
13:14
is then deliveredдоставлен to what's calledназывается
the reactionреакция centerцентр,
235
782222
2591
затем переносится в так называемый
«реакционный центр»,
13:16
where it can be turnedоказалось into
chemicalхимическая energyэнергия.
236
784837
2064
где он преобразуется в химическую энергию.
13:18
And in gettingполучение there,
it doesn't just followследовать one routeмаршрут;
237
786925
2648
На пути в этот центр он следует
не по одному маршруту,
13:21
it followsследует multipleмножественный pathwaysпутей at onceодин раз,
238
789597
2215
а сразу по нескольким,
13:23
to optimizeоптимизировать the mostбольшинство efficientэффективное way
of reachingдостижения the reactionреакция centerцентр
239
791836
4337
чтобы максимально быстро
достигнуть реакционного центра,
не растратив при этом избыточное тепло.
13:28
withoutбез dissipatingрассеивание as wasteотходы heatвысокая температура.
240
796197
1721
13:31
Quantumквант coherenceсогласованность takingпринятие placeместо
insideвнутри a livingживой cellклетка.
241
799228
3309
Квантовая когерентность может происходить
внутри живой клетки.
13:34
A remarkableзамечательный ideaидея,
242
802561
2120
Удивительная идея,
13:36
and yetвсе же evidenceдоказательства is growingрост almostпочти weeklyеженедельно,
with newновый papersдокументы comingприход out,
243
804705
6235
и доказательства этой гипотезы
публикуются почти еженедельно
13:42
confirmingподтверждающий that this
does indeedв самом деле take placeместо.
244
810964
2212
и подтверждают,
что наши догадки верны.
13:45
My thirdв третьих and finalокончательный exampleпример
is the mostбольшинство beautifulкрасивая, wonderfulзамечательно ideaидея.
245
813555
4739
Третий и последний пример —
идея прекрасная и изумительная.
13:50
It's alsoтакже still very speculativeумозрительный,
but I have to shareдоля it with you.
246
818318
4063
Тоже пока на уровне домысла,
но мне бы хотелось поделиться ей с вами.
13:54
The EuropeanЕвропейская robinРобин
migratesмигрирует from ScandinaviaСкандинавия
247
822405
4612
Зарянки каждую осень мигрируют
из Скандинавии в Средиземноморье,
13:59
down to the MediterraneanСредиземное море, everyкаждый autumnосень,
248
827041
2635
и, как и многие морские животные
и даже насекомые,
14:01
and like a lot of other
marineморской animalsживотные and even insectsнасекомые,
249
829700
3373
14:05
they navigateпроводить by sensingсчитывание
the Earth'sЗемли magneticмагнитные fieldполе.
250
833097
4300
они ориентируются в пространстве
по магнитному полю Земли.
14:10
Now, the Earth'sЗемли magneticмагнитные fieldполе
is very, very weakслабый;
251
838968
2427
Однако магнитное поле Земли
очень-очень слабое,
в 100 раз слабее,
чем у магнита на холодильнике,
14:13
it's 100 timesраз weakerслабее
than a fridgeхолодильник magnetмагнит,
252
841419
2080
14:15
and yetвсе же it affectsвлияет the chemistryхимия --
somehowкак-то -- withinв a livingживой organismорганизм.
253
843523
5601
но оно неким образом влияет
на химические процессы в живом организме.
14:21
That's not in doubtсомнение --
a GermanНемецкий coupleпара of ornithologistsорнитологи,
254
849932
3806
Это факт — в 1970-х немецкие орнитологи,
14:25
WolfgangWolfgang and RoswithaРозвита WiltschkoWiltschko,
in the 1970s, confirmedподтвердил that indeedв самом деле,
255
853762
4260
супруги Вольфганг и Росвита Вилчко,
подтвердили,
14:30
the robinРобин does find its way by somehowкак-то
sensingсчитывание the Earth'sЗемли magneticмагнитные fieldполе,
256
858046
3977
что зарянка действительно ориентируется
в пространстве по магнитному полю Земли,
14:34
to give it directionalнаправленный informationИнформация --
a built-inвстроенный compassкомпас.
257
862047
3327
как будто у неё есть встроенный компас.
14:37
The puzzleголоволомка, the mysteryтайна was:
How does it do it?
258
865398
2249
Загадка вот в чём: как она это делает!
14:40
Well, the only theoryтеория in townгород --
259
868351
3030
Единственная имеющаяся у нас теория —
14:43
we don't know if it's the correctверный theoryтеория,
but the only theoryтеория in townгород --
260
871405
3436
мы не знаем, верна ли она,
но других у нас нет —
что это связано с таким явлением,
как квантовая запутанность.
14:46
is that it does it viaс помощью something
calledназывается quantumквант entanglementзапутывание.
261
874865
2984
14:50
Insideвнутри the robin'sробина retinaсетчатка --
262
878567
2374
В сетчатке зарянок —
14:52
I kidдитя you not -- insideвнутри the robin'sробина retinaсетчатка
is a proteinбелок calledназывается cryptochromeкриптохромными,
263
880965
4232
я не шучу — в сетчатке зарянок
есть криптохром,
14:57
whichкоторый is light-sensitiveсветочувствительный.
264
885221
1380
светочувствительный белок.
14:58
WithinВ cryptochromeкриптохромными, a pairпара of electronsэлектроны
are quantum-entangledквантово-запутываются.
265
886625
3939
Внутри криптохрома пара электронов
квантово запутаны.
15:02
Now, quantumквант entanglementзапутывание
is when two particlesчастицы are farдалеко apartКроме,
266
890588
3232
При квантовой запутанности две частицы
находятся далеко друг от друга,
15:05
and yetвсе же somehowкак-то remainоставаться
in contactконтакт with eachкаждый other.
267
893844
2834
и тем не менее они взаимозависимы.
Даже Эйнштейну это явление
не нравилось.
15:08
Even EinsteinЭйнштейн hatedненавистный this ideaидея;
268
896991
1446
15:10
he calledназывается it "spookyужасный actionдействие
at a distanceрасстояние."
269
898461
2039
Он называл его «жутким дальнодействием».
15:12
(LaughterСмех)
270
900524
1881
(Смех)
15:14
So if EinsteinЭйнштейн doesn't like it,
then we can all be uncomfortableнеудобный with it.
271
902429
3443
Уж если Эйнштейну оно не нравилось,
то нам тем более может не нравиться.
15:17
Two quantum-entangledквантово-запутываются electronsэлектроны
withinв a singleОдин moleculeмолекула
272
905896
2853
Два квантово запутанных электрона
внутри одной молекулы
15:20
danceтанец a delicateнежный danceтанец
273
908773
1471
танцуют изящный танец
15:22
that is very sensitiveчувствительный
to the directionнаправление the birdптица fliesлетит
274
910268
2541
в зависимости от того, в какую сторону
летит птица
15:24
in the Earth'sЗемли magneticмагнитные fieldполе.
275
912833
1531
относительно магнитного поля Земли.
15:26
We don't know if it's
the correctверный explanationобъяснение,
276
914848
2610
Мы не знаем, верно ли
это предположение,
15:29
but wowВау, wouldn'tне будет it be excitingзахватывающе
if quantumквант mechanicsмеханика helpsпомогает birdsптицы navigateпроводить?
277
917482
4544
но разве не здорово, если окажется,
что птицы действительно находят дорогу
с помощью квантовой механики.
15:35
Quantumквант biologyбиология is still in it infancyмладенчество.
278
923069
2721
Квантовая биология пока только
начинает развиваться.
15:37
It's still speculativeумозрительный.
279
925814
3484
Пока что всё на уровне гипотез.
15:41
But I believe it's builtпостроен on solidтвердый scienceнаука.
280
929742
3849
Но я уверен, что они построены
на бесспорных научных фактах.
15:45
I alsoтакже think that
in the comingприход decadeдесятилетие or so,
281
933917
3809
Я также полагаю,
что в ближайшее десятилетие
15:49
we're going to startНачало to see
that actuallyна самом деле, it pervadesпронизывающие life --
282
937750
4841
мы поймём, что квантовые явления
повсеместно встречаются в живой материи,
15:54
that life has evolvedэволюционировали tricksтрюки
that utilizeиспользовать the quantumквант worldМир.
283
942615
4596
что в живых организмах происходят
квантовые явления.
16:00
Watch this spaceпространство.
284
948026
1428
Следите за ними.
16:01
Thank you.
285
949478
1157
Спасибо.
16:02
(ApplauseАплодисменты)
286
950659
2202
(Аплодисменты)
Translated by Elena Lipatova
Reviewed by Anna Kotova

▲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