pone保时捷导航,量子生物学的未来

量子生物学的未来想必都是比较想知道,关于pone保时捷导航这类的话题一直是大家很想去了解的,让小编为你揭秘案吧!


介绍


所有生物都是由小分子组成,其特性由量子力学描述。那么量子现象在生命过程中发挥着重要作用吗?先前的研究表明,量子相干性在光合作用、酶催化反应中的量子隧道效应中发挥着基础作用,而量子纠缠在候鸟对地磁场的感知中发挥着基础性作用。但跨越尺度阶梯,量子生物现象是否在纳米尺度上悄然发生,或者它们甚至可能在宏观水平上为生物体提供选择性优势?它对于探索大脑意识的出现和生命的起源有什么意义?


《英国皇家学会学报》于2018年11月发表了评论文章《量子生物学的未来》,该文章对量子生物学的发展现状提出了看法,并指出了该领域进一步发展的潜在途径。以下是继志对这篇文章的全文翻译。


研究领域量子生物学、光合作用、酶催化剂、感知、生命起源


AdrianaMarais等人|作者


赵玉婷|翻译者


梁津|审查


邓逸雪|编辑


指数


一、简介


2什么是量子生物学?


3量子力学生物学家简介


4运输过程


5意识


6生命的起源


7量子生物学和复杂性


生物系统是动态的,不断地与环境交换能量和物质,以维持生命的非平衡状态。观察技术的进步使研究人员能够在较小的尺度上研究生物动力学。这些研究显示了多种生物过程中量子力学效应的证据,而经典物理学无法解释这些效应。量子生物学就是对此类过程的研究,本文概述了该领域的现状并对其未来方向进行了见解。


一、简介


量子力学是解释亚原子粒子、原子、分子和分子聚集体等微观粒子性质的基础理论。量子力学在纳米和亚纳米尺度上运行,是光合作用、呼吸和视觉等基本生命过程的基础。在量子力学中,所有物体都具有波动性。当相互作用时,量子相干性描述了描述这些物体由于其波动特性而产生的物理量之间的相关性。


对于光合作用、呼吸和视觉,过去开发的模型本质上是量子力学的。研究人员基于表面跳跃框架解释了能量转移和电子转移。这些模型描述的动力学通常是“指数”的,并遵循费米黄金法则的应用[1,2]。由于传输速率是在最终状态的准连续分布上平均的,因此计算出的动力学不再表现出相干和干扰现象。在20世纪90年代进行的大量研究中,研究人员观察到光合反应中心和光捕获复合体中的振荡现象,这通常归因于振荡或混合电振荡波包的形成。据报道,在光合作用系统的激发能量转移过程中检测到了非常长寿命的电子量子相干性,这重新激起了人们对“关键”量子力学在解释生物体基本生命过程中的作用的兴趣[3]。然而,量子现象可以在宏观生命系统中发挥功能作用的想法并不新鲜。量子物理学家尼尔斯玻尔(NielsBohr)于1932年在哥本哈根举行的光治疗会议上发表了题为“光与生命”的演讲,此时距其原子结构研究成果获得诺贝尔已过去十年。[4]这就提出了一个题量子理论是否有助于科学理解生命。出席的还有对此感兴趣的年轻物理学家马克斯德尔布吕克(MaxDelbrck),他后来帮助建立了分子生物学领域,并因其在遗传学方面的发现而获得1969年诺贝尔[5]。


所有生物都是由分子组成的,基本上所有分子都是由量子力学描述的。然而,量子力学传统描述的系统与生物学研究的系统之间在尺度上的巨大差异,以及生物和非生物看似不同的属性,始终在两个知识体系之间造成了一定的差距。近年来,超快光谱学[6]、单分子光谱学[7-11]、时间分辨显微镜[12-14]和单粒子成像[15-18]等实验技术的发展使研究人员能够进行生物学研究,它已经成为现实。分辨率和时间尺度的动态。它们揭示了生物运作所必需的各种过程,这些过程取决于量子效应和经典物理效应之间的微妙相互作用。


量子生物学将量子理论应用于经典物理学无法准确解释的生物学方面。尽管有这个简单的定义,科学界内部对该领域的目标和作用仍然存在争议。本文提供了对量子生物学现状的看法,并确定了该领域进一步发展的潜在途径。


2什么是量子生物学?


就目前的范式而言,生物学在将经典模型应用于生物体方面取得了广泛的成功。在大多数情况下,分子尺度上的微妙量子效应在整体生物功能中并不发挥关键作用。在这里,“功能”是一个广泛的概念。例如,视觉和光合作用如何在分子水平和超快时间尺度上发挥作用?由间隔约0.3nm的核苷酸分子堆叠而成的DNA如何处理紫外光子?酶如何催化重要的生化反应?我们的大脑如何通过亚纳米尺度组织的神经元处理如此大量的信息?DNA复制和表达如何进行?当然,所有这些生物学功能都必须在进化适应性的背景下考虑。在这些情况下,经典近似和量子力学模型之间的差异通常被认为可以忽略不计,即使默认情况下每个过程完全受量子力学定律控制。在量子领域和经典领域之间的模糊边界上会发生什么?更重要的是,是否有一些看似经典但实际上并非如此的基本生物学功能?量子生物学的作用就是揭示并阐明这种联系。


从根本上讲,所有物质,无论是生命还是非生命,都是量子力学的,由离子、原子和/或分子组成,其平衡特性由量子理论精确确定。因此,所有的生物学都可以说是量子力学的。然而,这个定义并没有解决这样一个事实生物过程的动力学特性或分子间动力学的经典描述通常就足够了。因此,量子生物学应该根据所使用模型的物理“准确性”以及经典和量子力学模型对特定生物过程的解释力的一致性来定义。


当研究人员研究纳米尺度之外的生物系统时,他们发现本文详细介绍的过程存在于生物有机体中。目前认为需要量子力学描述来充分表征相关子系统的行为。量子效应很难在宏观时间和长度尺度上观察到,但通常需要过程。因此,生物体的功能和生存似乎取决于分子间尺度的动态量子力学效应。量子生物学研究的正是这些时间和长度尺度之间的相互作用,目的是构建连贯的物理学图景。


对量子生物学的巨大希望可能包括为生命的定义和理解做出贡献,或者为我们对大脑和意识的理解做出贡献。但这些题与科学本身一样古老,因此更好的方法是询量子生物学是否可以提供一个框架,使研究人员可以在其中解决题以获得新的案。对在量子物理学和经典物理学领域之间有效运作的生物过程的研究有助于改进从量子物理学到经典物理学过渡的物理解释。


更直接地说,量子生物学对受生物学启发的量子纳米技术具有影响,例如那些可以在室温下的嘈杂环境中在基本水平上高效运行的技术,或者可以利用这些“嘈杂环境”来保护甚至增强量子纳米技术。我们承诺提出设计原则。特点[19,20]。通过设计这些系统,我们可以测试和量化量子效应增强生物学过程和功能的程度,并最终回这些量子效应是否是在系统设计中有意选择的题。但重要的是,量子生物启发技术的用途可能基本上独立于激发它们的生物体。


3量子力学生物学家简介


20世纪初,经典物理学在描述所有可观察现象方面的成功开始在某些方面受到挑战。1900年,为了解释黑体辐射的光谱能量分布,普朗克提出了物质与频率为的电磁辐射之间的相互作用是量子化的并且仅发生在h的整数倍内的想法。其中h是基本普朗克常数。五年后,爱因斯坦进一步发展了能量量子化的概念,将其扩展到包括3354个光子量子。这个概念可以用光电效应来解释,即当光入射到材料上时会发射电子。然而,即使适当频率的低强度光也会引起电子发射,但低于该临界频率的光强度则没有效果。为了解释这个题,爱因斯坦提出,在这种情况下,光的行为就像粒子而不是波,并且离散的能量可以转移到材料的电子上。此外,1913年玻尔的氢原子及其离散能态模型和1923年康普顿的X射线研究都为开创现代物理学的新时代做出了贡献。这些描述黑体辐射和光电效应以及原子稳定性和光谱学的方法导致了量子力学的发展,这是一种非常成功的预测和描述微物理系统的理论[21,22]。


普朗克和爱因斯坦通过假设辐射的行为类似于粒子而开启了量子革命,德布罗意于1923年提出了补码理论——。这一假设表明物质波应该表现出衍射行为,随后的实验证实了这一点,表明电子等粒子显示出干涉图案。薛定谔在他的量子力学公式中建立了这些观察结果,该公式使用波力学来描述微观系统的动力学。量子力学公式使我们能够研究量子态的许多重要方面。即任意时间t处的数学描述,与该状态相关的各种物理量如何计算,以及状态随时间的演变如何描述[21,22]。


量子力学是一种数学框架,它使用量子态|gt;来描述孤立的物理系统,量子态|gt;可以充分表征系统以及包含系统可用的所有状态的希尔伯特空间H。由状态向量|gt描述的系统的时间演化遵循薛定谔方程。


其中是简化的普朗克常数,Ht是哈密顿量,它代表系统的能级以及系统各部分之间的相互作用。


量子理论最有趣的方面之一是两个量子态|1gt;和线性叠加1|1gt;对于|2gt;+2|2gt;也描述了该系统。构成希尔伯特空间的这些状态的组合或叠加更一般地写为


叠加的每个正交归一化状态|igt;由复数i加权,并且pi=|i2gt;是找到处于该状态的系统的概率。这就是量子力学与经典世界的不同之处。量子系统中叠加态的存在产生了独特的量子力学特性,这通常是违反直觉的。例如,量子相干性描述了构成叠加的状态之间的显式关系,而量子纠缠是指量子态之间的特殊相关性。一个很好的例子是光合作用中电子态的离域,这对于解释光合作用中电子能量转移和电荷分离的速率和效率非常重要[23]。量子力学的概率解释还可以使用隧道效应的概念来预测量子粒子穿过势垒的可能性,这在经典力学中是被禁止的[21,22]。量子隧道效应的一个很好的例子是供体和受体之间的有效电子转移,例如光合反应中心和呼吸复合体,其中电子必须穿过高能蛋白质屏障[24]。


在这篇综述中,叠加、相干、纠缠和隧道等特定的量子特性被证明可以使人们对光合作用、磁感受、嗅觉、酶催化、呼吸和神经传递等多种生物现象有新的理解。]。


4运输过程


从根本上讲,生物系统的动力学与涉及电子、质子和离子的能量和电荷转移有关。光合作用中的激发能量转移和电荷转移是量子生物学最成熟的领域,最新的研究领域是酶催化的研究,一般通过电子和质子的结合来控制多个电荷的转移。


No.9电动车mk2和200pone有什么区别?九号电动车MK2和200PONE是不同的电动车型号,区别如下。


外观设计九号电动车MK2和200PONE在外观设计上可能存在差异,例如车身形状和颜色选择。


功能配置两种型号可能有不同的功能配置。例如,9号电动车MK2可能会拥有更多的智能功能,如手机应用控制、导航系统等,而200PONE可能会侧重于性能,如更宽的续航里程、更大的负载能力等。


价格定位不同的电动汽车车型的配置和性能不同,因此其价格也有所不同。九号电动车MK2和200PONE的价格可能会根据配置和品牌的不同而有所不同。


品牌背景九号电动车和200PONE可能属于不同的品牌,品牌背景和声誉也会影响消费者的选择。


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