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光合作用為何能在短短的萬億分之一秒完成?隱藏著深刻宇宙奧秘

2024-02-19 17:21:10

光合作用,是植物生存的法寶。依靠光合作用,植物可以源源不斷地利用太陽光的能量,轉換為植物生長所需的各種能量物質。

光合作用的過程是怎樣的呢?很多人或許只知道,植物透過吸收太陽光的能量,進行各種複雜的化學反應,在酶的作用下轉換為各種物質。但深層的原因很少有人知道,光合作用其實與量子力學息息相關。

科學家們早就發現,不管是天上飛的鳥類,還是地上跑的動物,昆蟲,或者是植物,都被神奇的量子力學所控制,也因此誕生了一門新的學科:量子生物學。

地球上每秒鐘都會新長出16000噸的植物,這一切都是光合作用的功勞,而光合作用是瞬間完成的,在以萬億分之一秒就能完成。

那麼,光合作用的速度為何如此快?到底是如何進行的呢?

生物課上是這麼講光合作用的,植物中都有,葉綠素吸收太陽光,然後迅速運往到植物細胞中的“食品加工廠”進行各種加工,整個過程是瞬間完成的,只需要一萬億分之一秒。

具體是如何完成的呢?

光子撞擊植物細胞中的葉綠素,就會轟擊出一個電子,同時會產生一定的能量,稱之為“激子”。激子會隨機穿越在佈滿葉綠素的“叢林”中,最終達到化學反應的核心,驅動化學反應,然後產生對植物生長非常重要的物質。

這裡有一個問題,激子是如何尋找通往反應核心的道路的呢?生物課上並沒有給出相應的解釋,當時的我們也很少去質疑這點。

通常的理解是這樣的,激子也不知道如何通往反應核心,只是像彈力球那樣隨機遊走,隨機走來走去,最終隨機地到達了反應核心。也就是說,一切都是因為隨機。

打個比方,就好像你在一個迷宮裡面,即使閉著眼睛隨機地行走,不停地行走,最終也會找到出口,走出迷宮。

但如果只是盲目的隨機行為,肯定會花費很長時間。而對於激子萊昂,消耗的時間太多,意味著能量也會以熱能的形式消失不見,最終也不可能達到反應核心。

但是,科學家透過化學實驗發現,激子的行為竟然也遵循神奇的量子力學法則,遵循不確定性。也就是說,激子的位置其實是不確定的,它表現得就像波一樣,看起來同時朝著每個方向擴充套件,以波的形式不斷向外傳播。

最終的結果就是,激子能同時探索到所有可能的路徑,瞬間找到反應核心的位置。也可以這麼通俗理解,激子其實是無處不在的,就像無處不在的電子那樣,無處不在的電子可以形成“電子雲”,而激子可以形成“激子云”!

既然激子無處不在,肯定能在最短的時間內來到反應核心參與化學反應,這也是光合作用為何如此高效的原因。

事實上,隨著量子生物學的發展,科學家們在越來越多的領域都發現了量子力學在發揮著作用。除了植物的光合作用,還有鳥類神奇的“導航系統”,它們總是能準確地辨別方向。還有蝌蚪“變態”為青蛙,之所以整個過程如此迅速,也是因為量子力學在發揮作用,具體來講是量子隧穿效應,這裡就不詳述了。

總之,以前我們總以為量子力學的詭異現象只會出現在量子世界裡,但如今科學家們發現,並非如此,在我們的宏觀世界,量子力學同樣在發揮著各種神奇的魔力。

而且,量子力學其實早就走進了千家萬戶,最明顯的一點就是我們每天使用的手機,晶片的工作原理就離不開量子力學,如果沒有量子力學的詭異性,晶片就不可能執行下去,很快就會癱瘓!

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