양자 생물학이 중요한 이유에 대한 Jim Al-Khalili의 설명: "사실이라면 보상은 엄청납니다."

나는 물리학 교수이자 작가이자 TV 발표자인 Jim Al-Khalili와 7분 8초 동안 통화하다가 내가 엄청나게 깊이 빠져 있다는 것을 깨달았습니다. 18분이 더 남았기 때문에 이것은 문제였습니다. "따라서 양자 터널링으로 인한 효과를 보고 수소를 중수소로 대체한다면" 그는 설명합니다. 질량을 두 배로 하면 효과가 감소하는 것을 볼 수 있으므로 양자 터널링이 일어나고 있는지 여부 입자."

페이지를 닫지 마세요! 시간이 지나면 모두 이해가 될 것입니다. 이것이 Al-Khalili의 전문 분야입니다. 자신의 말로 그는 사람들이 자신이 선택한 전문 분야인 양자 물리학에서 작은 유레카 순간을 보기 전에 "사람들에게 두통을 주는 것"을 좋아합니다.

백업합시다. Al-Khalili는 양자 생물학에 대해 이야기하고 있습니다. 양자 생물학은 무수한 이유로 연구하기 어려운 매혹적인 과학 분야입니다. 통화 전 – 그의 연설에 앞서 간단한 사전 인터뷰 뉴 사이언티스트 라이브 - 2년 전 양자생물학에 관한 그의 TED 강연을 봤다. 자신의 말로 된 브리핑을 원하신다면 아래 비디오를 포함시켰지만, 주요 내용은 다음과 같습니다. 아원자 수준에서 일어나는 미친 일 – 입자 동시에 둘 이상의 장소에 존재하거나(중첩) 통과할 수 없는 장벽을 통과할 수 있는 것(양자 터널링) – 우리 내부에서 일어나는 것처럼 보입니다. 세포. 즉, 양자는 더 이상 물리학자들만 걱정할 문제가 아니라 생물학자들의 문제이기도 합니다.

위의 이야기에서 세 가지 예를 들자면, 양자 터널링은 DNA 돌연변이에 역할을 하는 것으로 보인다; 광자 양자 결맞음으로 광합성에서 여러 경로를 따릅니다.; 그리고 심지어 울새는 탐색을 위해 망막 내의 양자 얽힘을 사용한다고 합니다., 지구 자기장을 기준으로 합니다.

사람들은 이것이 수십 년 동안 가능하다는 것을 알고 있었지만 여러 가지 이유로 진행이 느립니다. 주로 양자 물리학 실험이 수행하기 어렵다는 사실이 그 중 하나입니다. Al-Khalili가 설명했듯이 "단순히 보는 행위만으로도 파괴될 수 있습니다." 살아 있는 세포가 가져오는 질척질척한 지저분함이 없는, 엄청나게 통제된 환경 소송 절차. "지금 가장 큰 문제는 생명이 생물학적으로 이러한 양자 효과를 유지할 수 있는 방법을 이해하는 것입니다. 살아있는 세포 내부의 모든 것이 너무 시끄럽고 격동적이며 따뜻하고 복잡할 때의 시간 척도입니다.”라고 그는 말했습니다. 설명합니다.

"물리학자들은 이러한 양자 효과를 분리하기 위해 매우 열심히 노력하고 있습니다. 0도에서 진공 상태를 유지하고 악기를 주변 환경과 격리하지만 여전히 피하는."

다음 문제는 이러한 질문이 지난 세기 동안 거의 전적으로 물리학자들의 전유물이었다는 것입니다. 그것은 적어도 도전적인 분야에 걸친 협력을 필요로 합니다.

"물리학자들은 '그렇게 쉬웠다면 지금쯤 양자 컴퓨터를 만들었을 텐데 왜 귀찮게 생물학의 세계로 모험을 떠나겠습니까? 우리는 모든 것을 제어하기 위해 정말 열심히 노력하고 있으며 여전히 양자 효과가 환상적임을 발견하고 있습니다.'”라고 Al-Khalili는 말합니다. “그리고 생물학자들은 '양자역학? 내 연구실에는 없어, 친구 고마워요.' 그리고 화학자들은 '무슨 소란이야? 어쨌든 모든 것이 양자이고 모든 것이 화학입니다. 무엇에 대해 흥분하고 있습니까?'”

그러나 극복해야 할 가장 큰 장벽은 생물학자들의 저항이라고 Al-Khalili는 생각합니다. “그들은 저항할 것입니다. 그들은 '유전학과 분자 생물학이 탄생한 이후로 양자 물리학을 사용할 필요가 없었습니다. 이제 우리는 상자에 든 고양이 같은 말도 안 되는 모든 것을 배워야 한다고 말해주세요.'” 그들을.

Al-Khalili의 주장은 이것이 싸울 가치가 있다는 것입니다. 또는 그렇지 않을 수도 있습니다. 양자 물리학에서 사람을 빼낼 수는 있지만 양자 물리학에서 사람을 빼낼 수는 없습니다.

양자 생물학이 중요한 이유는 무엇입니까?

"문제의 일부는 여기에서 일하는 사람들도 100%는 아니라는 것입니다."라고 그는 말합니다. “우리는 이것이 과학의 차세대 혁신이라고 복음적으로 설교하는 것이 아닙니다. 그렇지 않을 수도 있습니다.

“홍어가 될 수도 있습니다. 그러나 그것은 충분히 흥미롭고 흥미진진해서 그것이 아무리 추측일지라도 추구할 가치가 있습니다. 사실이라면 회수율이 크기 때문”이라고 말했다.

얼마나 큰? Al-Khalili가 이 대의를 대중화하는 데 평생을 바친 데에는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 첫째, 양자 물리학의 큰 해답 중 일부는 거의 말 그대로 우리 코앞에 있다는 것을 의미하기 때문입니다. “센서와 새로운 양자 기술을 개발하고 있다면 양자 컴퓨터를 구축하려고 합니다. 글쎄요, 인생이 이러한 문제를 해결했다면 아마도 우리에게 도움이 될 무언가를 배울 수 있을 것입니다.”

그러나 아마도 더 중요한 것은 인생을 특별하게 만드는 것, 즉 삶의 궁극적인 잠재력을 알기 어려운 추측에 대해 지금까지 상상할 수 없었던 통찰력을 제공할 수 있다는 것입니다. "지금까지 우리는 인공 생명을 만들 수 없었습니다. 생명을 만드는 유일한 방법은 다른 생명을 통해서입니다."라고 그는 설명합니다. “동등한 복잡성을 지닌 무생물 시스템과 살아있는 시스템을 구별하는 것은 무엇입니까? 살아있는 시스템은 어떻게 이 높은 수준의 질서를 유지하여 계속 작동할 수 있습니까?”

그러나 물리학 실험실에서 양자 실험이 충분히 어렵다면 생물학 도구로 어떻게 문제를 해결하기 시작합니까? 위에서 언급한 울새를 생각해 보십시오. 망막이 실제로 양자 반응을 수행하는지 여부를 어떻게 알 수 있습니까? Al-Khalili는 "불가능하다고 생각하지 않지만 더 상상력을 발휘해야 합니다."라고 말합니다. "우리는 새를 연구실에 넣어 양자 얽힘에 대해 더 많이 알 수 없습니다... 새가 자기장에 민감한지 테스트할 수는 있지만 이 화학적 나침반을 사용하는 방법에 대해 무엇이든 배우십시오. 아마도 우리는 단백질을 분리하고 외부에서 별도로 연구해야 할 것입니다. 새. 그리고 물론 '그래, 이것이 새의 망막 안에 있을 때 일어나는 일이다'라고 단정적으로 말하기가 훨씬 더 어려워집니다.”

대중이 물리학을 사랑하게 만들기

이 모든 것이 혼란스러워 보인다면 좋습니다. 그렇게 해야 합니다. Al-Khalili는 양자역학의 아버지인 Niels Bohr의 말을 즐겨 인용합니다. 누가 한 번 말했다: "어지러움을 느끼지 않고 양자 이론에 대해 이야기할 수 있다고 생각한다면 양자 이론에 대한 첫 번째 사항을 이해하지 못한 것입니다."

그러나 Al-Khalili는 훈련을 통해 양자 물리학 자입니다. 나는 그가 생물학에 대해 머리를 숙여야 하는 것을 어떻게 발견했는지 묻습니다. "도전"이라고 대답합니다. “내 배경은 핵 물리학이기 때문에 양자 터널링에 대해 이야기할 때 알파 붕괴, 알파 방사능, 원자핵에서 터널링되는 알파 입자에 대해 생각하고 있습니다. 그러나 방정식은 동일하며 DNA의 양자 터널링에 대해서도 동일합니다.

“그러나 모든 주변 환경, 기반 시설, 당신이 입력한 환경, 그 모든 것 – 생화학은 나에게 완전히 새로운 것입니다. 저는 생화학이 과학에서 가장 어려운 분야라는 결론에 도달했습니다. 효소가 작용하는 방식, 광합성 또는 신진대사 과정 등 '이것, 이것 때문에, 이것 때문에'가 겹겹이 쌓여 있습니다. 너무 복잡해서 양자 역학이 상대적으로 쉬워 보입니다!”

그것은 아마도 사람들이 익숙한 것일 것입니다. Al-Khalili는 지난 25년 동안 양자 물리학을 대중이 이해할 수 있도록 만드는 데 보냈습니다. 그는 그것을 어떻게 관리 했습니까? 부분적으로는 그의 연설과 TV 출연을 찾는 사람들의 자연스러운 지적 호기심 때문이라고 합니다. “내가 받은 피드백은 BBC Four에서 내 프로그램을 보는 시청자들이 '나를 영리하게 만든다'는 것입니다. 그들은 이해하기 어려운 것을 원하고 사람들은 수년간의 연구 없이는 모든 미묘함을 이해하지 못할 것이라는 점에 감사하지만 괜찮습니다. 그들은 평범한 것 이상으로 도전하고 확장되기를 원합니다. 그것은 마법적이고 신비합니다.”

물론 과학 교과서에서는 절대 찾을 수 없는 비유를 찾는 일도 포함됩니다. "입자가 한 곳에서 사라지고 다른 곳에서 다시 나타나는 양자 터널링에 대해 이야기할 때 말이 되지 않습니다."라고 그는 말합니다.

“그런데 단단한 벽을 뚫을 수 있는 유령 같다고 하면 사람들이 이해하기 시작해요. 정확히 그런 것은 아니지만, 어느 정도 일어나고 있는 일입니다. 입자도 파동이며 파동은 단단한 입자가 통과할 수 없는 방식으로 뚫을 수 없는 장벽을 통해 누출될 수 있습니다. 그래서 벽에 공을 던지면 공이 반대편으로 절대 통과하지 못하는 것처럼 유령이 새어 나올 수 있습니다.”

클릭에 대한 비유를 찾는 것은 실험실에서 얻을 수 있는 유레카 순간과 비슷합니다. "실시간 청중과 함께라면 무언가가 심금을 울렸다는 것을 바디 랭귀지로 알 수 있습니다. 그것이 바로 글쓰기, 연설 및 TV에서 사용할 수 있는 무기고의 일부가 되는 것입니다."

살아 있는 세포에 숨겨진 가능성을 설명하려면 완전히 새로운 일련의 유추와 규칙이 필요할 수 있습니다. 평신도지만 Al-Khalili가 무슨 일이 일어나고 있는지 번역할 수 있는 기회를 좋아할 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다. 에. 그것은 우리가 평생 동안 알아내는 것과 관련이 있지만.

New Scientist Live는 일요일까지 런던 ExCeL 센터에서 진행됩니다. 티켓은 여기에서 구할 수 있습니다.