それは何ですか？ 量子力学 それはどうやって始まりましたか？ Max Planckが1つの悪いアドバイスを無視しなかったなら、彼は決して原子論の革命を始めることはなかったでしょう。 若いプランクが彼の教授の一人に物理学のキャリアを追求するかどうか尋ねたとき、重要な瞬間は1878でした。 Philip von Jolly教授はPlanckに別の仕事を探すように言った。 物理学の重要な発見はすべて既に作られており、彼の若い保護者の教授が保証されています。

プランクが後で思い出したように、フォン・ジョリーは言った、

「物理学は、調査や順番に入れてtamtohoことで、でもわずかに続けることができますが、システム全体としては、固定されていると理論物理学はかなり完成に近づいています。」

それらの小さなものの1つを実践することによって、彼は最終的にそれを得ました プランクノーベル賞 彼女は生まれました 量子力学。 不快な小さな事は非常に一般的な現象を伴いました： ウォームアップ中にオブジェクトがそのように現れる理由？ どんな材料でできていても、温度が上がっても同じように振る舞います - 赤、黄、そして最後に白の色を放射します。 19には物理学者はいません。 世紀はこの一見単純なプロセスを説明できませんでした。

最良の理論は、非常に高い温度で加熱された物体が最も短波長のエネルギーを放出すべきであると予測したので、この問題は「紫外線の災害」と思われた。 私たちが知っているように、強い電流が電球を19の死のようなエネルギービームに持ち込まないことを知っているからです。 ここに明確な最後の言葉はありませんでした。

エネルギーを吸収することができます

プランクは現代のヒットとなった1900の答えを見つけました。 実際には、エネルギーは個別の量または量で吸収または伝達されると考えていました。 それは古典的な物理学からの根本的な出発であり、エネルギーは連続した連続的な流れを流れると主張した。 その時、Planckには理論的な理由はありませんでしたが、それも機能していることが判明しました。 その量子は、加熱された物品が任意の温度で放出することができるエネルギー量を効果的に減少させた。 最後に、致命的な紫外線はありません！

量子革命

それが量子革命が始まった経緯です。 誰もが本当に加熱したときのオブジェクトで何が起こっているか理解していないので、それはアルバート・アインシュタイン、ヴェルナー・ハイゼンベルク、ニールス・ボーアと物理学の他のタイタンの理論的研究の数十年を取ったので、総合的な理論のためのプランクインスピレーションを変更し、それはほんの始まりでした。

私たちの不器用なセンソリウムには見えない私たちの日常の経験から得られる最小の粒子の領域で粒子とエネルギーの送信を扱う量子力学の理論、およびすべて。 すべてが完全に見えないわけではありません！ 彼らは明るく、太陽の光と星の輝きのように美しいですけれども、いくつかの量子効果は完全に量子力学の到来前に説明することができませんでした何か他のもののように、視界から隠されています。

量子世界から、私たちが日々の生活の中で経験できる現象はいくつですか？ 現実の本質において、私たちの感覚はどのような情報で発見できますか？ 結局のところ、元の理論が示すように、量子現象は私たちの鼻の真下にある可能性があります。 実際、彼らは私たちの鼻の中ですぐに起こることができます。

量子バンパー

あなたが目を覚まし、あなたの不滅のトースターでコーヒーやパンのスライスを感じると、あなたの鼻で何が起こりますか？ 顔の上のこの感覚器官にとって、それは単なる印象です。 一度世界の最初の原子炉を建設したエンリコ・フェルミが一度玉ねぎを揚げたように、私たちの感覚器がどのように機能するのかを理解することは良いことです。

量子力学（©ジェイ・スミス）

だから、あなたはベッドに横たわって、新鮮なトーストトーストを準備することを考えます。 芳香分子が空気中を流れる。 あなたの呼吸は、これらの分子のいくつかを口の真上の目の間の鼻腔に引き寄せるでしょう。 分子は、鼻腔の表面上の粘膜層に付着し、嗅覚受容体に捕捉される。 嗅神経はクラゲのように脳から垂れ下がっており、常に外界に露出している中枢神経系の唯一の部分です。

次に起こることは完全に明確ではありません。 私たちは、芳香分子が粘膜の表面上の400の様々な受容体のいずれかに結合することを知っていますが、この接触がどのようにしてどのようにして私たちの嗅覚を作り出すのかを正確にはわかりません。 匂いを理解するのがなぜそんなに難しいのですか？

Imperial College Londonの科学者Andrew Horsfieldは次のように述べています。

「これは、嗅覚受容器の内部で何が起こっているのかを調査するための実験を行うことが困難なためでもあります。」

匂いの仕組み

香りがどのように機能するかについての従来の説明は単純に思えます。受容体は非常に特定の形の分子を取ります。 それらは、正しいキーでのみ開くことができるロックのようなものです。 この理論によれば、鼻に入る各分子は一連の受容体に適合します。 脳は、コーヒーの匂いなど、分子活性化受容体のユニークな組み合わせを解釈します。 つまり、分子の形を感じます！ ただし、「キーオープニング」モデルには根本的な問題があります。

Horsfieldさんの言葉：

"あなたは同じ感情を与える非常に異なる形と組成の分子を持つことができます。"

形だけではないようですが、どうでしょうか。 このモデルの物議を醸す代替案は、私たちの感覚が分子の形状だけでなく、これらの分子が振動する方法によっても活性化されることを示唆しています。 すべての分子は、その構造に基づいて、特定の周波数で常に振動します。 私たちの鼻はどういうわけかそれらの振動周波数の違いを明らかにすることができますか？ ギリシャにあるアレクサンダーフレミングの生物医学研究センターの生物物理学者であるルカトリノは、彼らができると信じています。

香りの振動理論

また、香水の世界有数の専門家の一人となったトリノは、振動理論の香り、1938の最初の提案化学者マルコムダイソンに触発されました。 トリノは90年代にダイソンのアイデアを最初に取り上げた後、この理論をテストする分子を探し始めました。 独特の匂いと特徴的な分子振動を持つ硫黄化合物に焦点を当てました。 トリノは、次いで硫黄のようなものがあるかどうかを決定するために同じ振動周波数と、硫黄とは異なる分子形状と完全に無関係な化合物を同定するために必要。 最後に、ホウ素含有分子が見つかった。 彼女は硫黄のような匂いがしているに違いない。 「ここで私はそれをやっている」と彼は言う。「私はそれが偶然ではないと思う」

トリノはこの嗅覚を発見して以来、このアイデアを裏付ける実験的証拠を収集し、ホースフィールドと協力して理論的な詳細を解明してきました。 XNUMX年前、Turinと彼の同僚は、香りの水素分子の一部を、核内に中性子を含む水素の同位体である重水素に置き換える実験を設計し、人間が違いを感じることができることを発見しました。 水素と重水素は同じ分子形状ですが、振動周波数が異なるため、結果は、私たちの鼻が実際に振動を検出できることを再び示唆しています。 フルーツハエを使った実験でも同様の結果が示されています。

振動も感じますか？

トリノの考えは物議を醸すまま - 彼の実験データは嗅覚研究者の学際的コミュニティによって共有されていました。 しかし、それらが正しければ、そして形の他に、私達はまた振動を感じます、私達の鼻はどのようにしますか？ トリノ氏は、トンネリングと呼ばれる量子効果をここに含めることができると推測した。 量子力学では、電子と他のすべての粒子は二重の性質を持っています - それぞれ粒子と波の両方です。 これは時々、古典的な物理学の法則に従って粒子によって禁止される方法で、トンネルのような物質を通る電子の移動を可能にする。

匂いの分子振動は、電子が匂い受容体のある部分から別の部分にジャンプするのに必要なエネルギーをジャンプダウンするエネルギーを提供することができます。 ジャンプの速度は分子によって変化し、脳内にさまざまな臭いの知覚を生み出す神経インパルスを引き起こします。

だから私たちの鼻は洗練された電子検出器であることができます。 どのように私たちの鼻はそのような量子の特色を利用するために進化することができますか？

トリノは言う：

「私はこの技術を過小評価していると思う。 無限に資金を提供する40億年の研究開発は、進化のための長い時間です。 しかし、私はそれが人生が行う最も素晴らしいことだとは思わない」