Квантовая механика и парадоксы сознания - Александр Петрович Никонов

поле с помощью особого белка в клетках глаза. Этот белок под названием криптохром и служит молекулярным механизмом, где происходит изготовление запутанных электронных пар. Они играют роль антенн: один из этих запутанных электронов пары чувствует изменение магнитного поля (оно меняет спин электрона) и телепортирует свои «ощущения» своему «близнецу». А уже тот вызывает цепочку биохимических реакций, которая и воспринимается сознанием малиновки как сообщение о том, как нужно скорректировать курс. Иными словами, малиновки просто-напросто видят магнитное поле.

Это очень тонкое воздействие. Когда исследователи внесли во внешнее поле помеху, которая по мощности составляла лишь 0,3 % от мощности магнитного поля планеты, птички теряли способность к ориентации в пространстве. Столь слабое воздействие могут почувствовать только квантовые системы. Это, собственно, и навело на мысль о том, что в ориентации пернатых задействованы именно квантовые механизмы. Подсчитали, что для того, чтобы система работала, малиновке нужно удерживать чистое состояние квантовой системы до его разрушения аж целых 100 микросекунд, что было для ученых людей настоящим потрясением – это очень долго! Нам бы так для наших квантовых компьютеров!

Именно магниточувствительные химические реакции в организме наподобие тех, что помогают малиновке, ответственны за то, что многие люди чувствуют магнитные бури и вообще подвержены влиянию космофизических факторов: солнечных бурь, фаз Луны и пр. Раньше ученые в такое не верили, ведь отсюда один шаг до астрологии! Разве столь слабые поля, как магнитное поле нашей планеты, которое на два порядка слабее магнита на холодильнике, может влиять на химические реакции, разрывать связи между молекулами? Здесь нужны силы в миллионы раз мощнее! Но слабое магнитное поле планеты действует по принципу реле, когда малый сигнал запускает мощные многоамперные токи.

Короче говоря, в конце 60-х годов прошлого века были открыты короткоживущие пары радикалов, чувствительных именно к слабым магнитным взаимодействиям. Такие взаимодействия не разрывают связи между атомами напрямую, а действуют более тонко – через спиновый механизм.

Радикал – это большая молекула с неспаренным электроном в одном из атомов. Мы еще со школы помним, что спин электрона является полуцелым и может иметь знак как плюс, так и минус, то есть +1/2 или -1/2. Обычно его рисуют в виде стрелки, направленной верх ↑ или вниз ↓.

Спин – это магнитный момент электрона, и потому стрелка спина может колебаться в зависимости от внешнего магнитного поля. Чтобы химическая реакция прошла, электроны неспаренных орбит взаимодействующих молекул должны иметь противоположные спины по принципу Паули. (Принцип Паули, который мы в школе проходили, запрещает электронам с одинаковым спином сидеть на одной орбите.) Соответственно, управляя с помощью слабенького внешнего поля спинами электронов, можно изменять вероятность прохождения химической реакции. И когда в результате определенной реакции образуются два радикала, их неспаренные электроны оказываются запутанными. Ну, а остальное было описано выше (один из них играет роль антенны, чувствующей поле и передающей свое состояние напарнику)…

Открытие у малиновки квантового компаса ознаменовало собой рождение новой науки – квантовой биологии. Науки, изучающей поразительные вещи – связь живого с квантовым миром. Ранее биохимики не могли даже представить, что у живого организма может быть некий молекулярный механизм, позволяющий ощущать воздействие магнитного поля, да еще столь слабого, как магнитное поле Земли. Это казалось столь же немыслимым, как телепатия, предвидение и телекинез. А теперь понятно, что подобного рода «квантовых диодов», встроенных в «электросхемы» живых организмов, может быть множество.

Квантовая биология – дисциплина столь молодая, что, когда в 2012 году был проведен всемирный симпозиум по квантовой биологии, вся наука уместилась в одной маленькой аудитории.

Чему же учит нас квантовая биология?

Например, тому, что известное нам со школьной скамьи хрестоматийное явление под названием фотосинтез было бы невозможно без квантовых эффектов: рожденный солнечным фотоном импульс возбуждения в зеленом листе распространяется по клеткам в состоянии суперпозиции, и поддерживается это квантовое состояние без редукции ровно столько, сколько нужно для доставки импульса в цель. Как у той же малиновки.

Кстати, магниторецепция, то есть чувствительность к магнитному полю была обнаружена и у других птиц, а также у лангустов, акул, дельфинов, пчел, тараканов, скатов и даже некоторых одноклеточных. Но речь не только о магниторецепции и фотосинтезе!

В свое время еще гениальный Шрёдингер впервые задался вопросом, не задействованы ли в передаче наследственной информации квантовые эффекты? И у него были веские физические причины подозревать это! В ту бытность гены еще не открыли, но было ясно, что у наследственной информации есть какой-то материальный носитель. Причем малюсенький, содержащийся в каждой клетке, где-то в ее органеллах. Для своих расчетов Шрёдингер условно принял размер гена за кубик размером в 300 ангстрем, в котором может уместиться примерно миллион атомов. Какие же именно расчеты озаботили Шрёдингера, в чем была его идея?

Будучи грамотным физиком, Шрёдингер задался резонным вопросом: а достаточно ли атомов в этих самых неуловимых генах, чтобы они копировались статистически достоверно? Дело в том, что все законы классической физики носят статистический характер, только потому и работают. В баллоне с газом триллионы триллионов молекул, и ни про одну из них мы ничего определенного сказать не можем: ни про ее координату, ни про скорость, при этом у всех молекул скорости разные. Но зато у нас есть газовые законы, которые работают с усреднением этих триллионов неизвестных нам параметров. И потому с помощью газовых законов мы можем точно определить и спрогнозировать интегральные параметры газа: давление и температуру. И нам совершенно не надо при этом знакомиться с каждой молекулой.

А вот если молекул будет сто или тысяча, газовые законы, извините, работать перестанут. Зато когда молекул много, случайные аномалии в поведении некоторых поглощаются гигантским средним массивом и становятся незаметными. То же касается и твердых тел, состоящих из триллионов молекул.

Другими словами, чем меньше молекул в гене, тем значимее ошибка при копировании гена. При этом погрешность в передаче информации обратно пропорциональна корню из числа задействованных в процессе частиц. Миллион атомов представляется немалым числом. Но корень из миллиона – всего тысяча. И это значит, что ошибка в трансляции должна составлять один случай на тысячу – 0,1 %. Это катастрофически много уродств! И это на 6 порядков (!) не соответствует известной науке цифре генетических мутаций, составляющих один сбой на миллиард копирований. На миллиард, а не на тысячу! Из этого Шрёдингер сделал вывод о том, что в столь тонком процессе эволюцией как-то задействованы квантовые эффекты.

Так оно и оказалось: там, где не работали классические статистические законы физики, природой были использованы чисто квантовые инструменты – туннельный эффект и квантовое запутывание. Идея Шрёдингера опередила свое время