Βιομόρια συμπεριφέρονται και ως κύματα

Από την ιστοσελίδα του περιοδικού Nature   Σεπτέμβριος 2003

Ενώσεις που συναντάμε στα κύτταρα δείχνουν κβαντική συμπεριφορά. Εκδηλώνουν δηλαδή δυΐσμό, συμπεριφερόμενα ως σωμάτια και ως κύματα.

Οι φυσικοί έχουν παρατηρήσει βιολογικά μόρια να συμπεριφέρονται ως κύματα σε μια δραματική επίδειξη κβαντομηχανικών φαινομένων. 

Δεν είναι καθαρό αν τα βιολογικά μόρια συμπεριφέρονται με τον τρόπο αυτό, δηλαδή ως κβαντικά κύματα, κατά την παρουσία του3ς μέσα στα κύτταρα. Παρόλα αυτά ο φυσικός Roger Penrose του πανεπιστημίου Oxford της Αγγλίας, και ο ψυχολόγος Stuart Hameroff του πανεπιστημίου της Arizona στο Tucson, έχουν προτείνει ότι η συνείδηση μπορεί να πηγάζει από την κυματική φύση των φαινομένων που επιβάλλει η κβαντομηχανική, με τη μεσολάβηση πρωτεϊνικών νημάτων των νευρικών κυττάρων που λέγονται μικροσωληνίσκοι (microtubules). 

Θα ήταν υπερβολή να υποστηριχτεί ότι οι τελευταίες παρατηρήσεις υποστηρίζουν την ιδέα αυτή - ο λόγος είναι ότι οι μικροσωληνίσκοι είναι πολύ μεγαλύτεροι και βαρύτεροι από τα μόρια του νέου πειράματος. Δείχνει όμως ότι ο κβαντικός κόσμος έχει πολύ ευρύτερα όρια από αυτά που υποθέταμε μέχρι τώρα. 

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι τα υποατομικά σωματίδια και τα άτομα μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύματα, σύμφωνα με την περίφημη κβαντική αρχή του δυϊσμού. Αλλά οι ιδιότητες αυτές πιστεύεται ότι υποχωρούν και κυριαρχούν οι σωματιδιακές ιδιότητες, η συμπεριφορά δηλαδή σαν τις μπάλες του μπιλιάρδου, καθώς τα σωμάτια γίνονται μεγαλύτερα. Η κβαντομηχανική μας χρειάζεται για να περιγράψουμε πως ακόμη και τα μεγάλα μόρια ταλαντώνονται, περιστρέφονται και κινούνται, αλλά τα ίδια τα μόρια κάθε χρονική στιγμή καταλαμβάνουν μια τελείως συγκεκριμένη θέση στο χώρο. 

Τα αντικείμενα με κυματική συμπεριφορά από την άλλη μεριά, απλώνονται στο χώρο. Ένα σωματίδιο για παράδειγμα με κυματική συμπεριφορά μπορεί να περάσει συγχρόνως από τις δύο τρύπες ενός φράγματος. Όταν συμβαίνει κάτι τέτοιο, τα δύο κύματα που εμφανίζονται από την άλλη πλευρά του φράγματος, μπορεί να συμβάλλουν μεταξύ τους. 

Μεγάλα κύματα

Τα φωτεινά κύματα παράγουν ένα σχηματισμό εναλλάξ φωτεινών και σκοτεινών κροσσών στα πειράματα με δύο τρύπες. Τα σημεία των κροσσών εξηγούνται με την ενίσχυση ή απόσβεση του ενός κύματος με το άλλο. Δέσμες κβαντικών σωματιδίων, όπως τα ηλεκτρόνια, παράγουν παρόμοιους σχηματισμούς σε πειράματα με δύο τρύπες. 

Το 1999, ο Markus Arndt και οι συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο της Βιέννης στην Αυστρία, ανέφεραν ένα σχηματισμό συμβολής από μια δέσμη μορίων C₆₀ καθώς περνούσαν από μια διάταξη σχισμών. Τα μόρια αυτά - κοίλες σφαίρες από 60 άτομα άνθρακα, γνωστές και ως buckyballs - ήταν τα μεγαλύτερα γνωστά αντικείμενα που επεδείκνυαν συμπεριφορά κβαντικής κυματικής φύσης. 

Τώρα η ομάδα της Βιέννης έχει δει ένα σχηματισμό συμβολής με μόρια τετραφενυλοπορφυρίνης (TPP). Αυτά τα μόρια σχήματος δίσκου έχουν πλάτος δυο φορές το πλάτος των  buckyballs. Ο πυρήνας ενός μορίου TPP είναι μια χημική ομάδα πορφυρίνης, η οποία είναι το κέντρο απορρόφησης φωτός της χλωροφύλλης στα φυτά, και το κέντρο δέσμευσης του οξυγόνου στην αιμογλοβίνη του αίματος. 

Οι ερευνητές έχουν επίσης σπάσει το ρεκόρ τους για τα βαρύτερα αντικείμενα που δείχνουν συμβολή κυματικής φύσεως, με τη χρήση φθοριούχων μορίων C₆₀ .