Fizica cuantica - plantele o folosesc pentru a trai

Oamenii nu se pot teleporta sau exista in mai multe locuri simultan, dar in fizica cuantica cele mai mici particule de materie pot face acest lucru.

Aceste efecte cuantice ciudate au fost in mod traditional studiate si observate numai in conditiile strict controlate ale unui laborator de fizica. Cu toate acestea, unii oameni de stiinta au sugerat ca aceste fenomene exista si in sistemele biologice.

In ultimii ani, aceasta ipoteza a castigat tot mai mult sprijin, un nou studiu detaliat in revista “Science” sugerand ca plantele se pot baza pe fizica cuantica pentru a supravietui.

Cel mai eficient traseu

Plantele sunt capabile sa absoarba pana la 95% din lumina soarelui, transformand instantaneu aceasta energie solara in energie chimica, intr-o milionime de miliardime de secunda, in cadrul unui proces numit fotosinteza.

Noul studiu din revista “Science” asupra bacteriilor violete ofera mai mult sprijin ideii ca plantele folosesc fizica cuantica pentru a atinge aceasta eficienta aproape perfecta.

Un truc al fizicii cuantice numit coerenta, sugereaza cercetatorii, ajuta energia particulelor elementare de lumina, numite fotoni, sa gaseasca calea cea mai eficienta catre asa-numitul centru de reactie al unei plante, unde energia luminii alimenteaza reactia care produce carbohidrati.

Intr-un sistem fizic, coerenta ar putea fi ilustrata cu o pereche de pendule care transfera continuu energie de la unul la altul, inapoi si inainte, intr-un mod coerent, ciclic.

Cand un foton excita moleculele din interiorul unei celule, energia nu trece prin sistem, ci urmeaza diferite cai energetice simultan, cautand in acelasi timp cea mai eficienta cale catre centrul de reactie unde are loc de fapt reactia chimica.

Acesta este cunoscut sub numele de principiul cuantic al suprapunerii, care se traduce prin a fi in mai multe locuri diferite in acelasi timp.

Fizica cuantica in natura – experiment

Coerenta a fost banuita si experimentata in sistemele vii de mai mult timp. Astfel, cercetatorii au trimis impulsuri laser extrem de scurte, dar intense, catre mai multe molecule ale unui organism fotosintetic – o bacterie violeta numita Rhodopseudomonas acidophila.

Aceasta aplica exact aceleasi principii de absorbtie a luminii pentru a supravietui ca si plantele, iar oamenii de stiinta au urmarit fluxul de energie in interiorul sistemului sau biologic.

Cea mai recenta cercetare, amintita mai sus, condusa de Niek van Hulst de la Institutul de Stiinte Fotonice din Castelldefels, Spania, a mers un pas mai departe.

Studiile anterioare au facut experimente in care existau milioane de molecule in acelasi volum. De aceea, efectele cuantice puteau fi vazute, dar erau destul de slabe.

Nu s-a stiut niciodata daca aceste efecte erau cu adevarat slabe sau erau asa deoarece fiecare dintre moleculele individuale era usor defazata fata de celelalte, interferand intr-un mod in care nu s-a observat coerenta comportamentului cuantic.

Pentru noile teste, oamenii de stiinta au folosit din nou bacteriile violete, dar de data aceasta au trimis flash-uri laser spre o singura molecula, in loc sa foloseasca mai multe molecule simultan.

Sistemele de absorbtie a luminii in cazul bacteriilor sunt aranjate intr-un model de inele adiacente. Cercetatorii au izolat inele individuale si le-au asezat in afara bacteriei, pe o suprafata.

Cand un foton a intrat in contact cu un inel izolat, o parte din acesta a fost emisa sub forma de fluorescenta – o forma de luminescenta naturala – care reprezinta in esenta transferul spontan de energie de la un nivel de energie inalt la un nivel de energie mai scazut.

Cercetatorii au observat ca aceasta cantitate de fluorescenta nu a ramas constanta: a continuat sa creasca si sa scada, osciland intre starea inalta si starea scazuta – oscilatia coerenta.

Fizica cuantica in sistemele biologice – tehnologii de viitor

Aceasta oscilatie arata ca lumina laser a reusit sa gaseasca cea mai eficienta cale energetica catre centrul de reactie aproape instantaneu – in ciuda conditiilor extrem de variabile ale unui sistem biologic.

Acest tip de coerente au mai fost vazute in sistemele fizice, dar numai la temperaturi foarte scazute si in conditii controlate foarte bine definite.

Surpriza este ca putem vedea aceste efecte si in sistemele biologice umede si dezordonate la temperatura camerei. Aceasta este o descoperire remarcabila.

Greg Engel, profesor de chimie la Universitatea din Chicago, care nu a fost implicat in studiu, a declarat ca cel mai interesant element al cercetarii a fost dezvaluirea modului in care functioneaza cu adevarat transferul de energie fotosintetica.

„Autorii ne conduc catre noi principii de proiectare pentru controlul fluxului de energie prin sistemele moleculare”, a spus Engel.

Odata ce este clar ce factori influenteaza frecventa coerentei si daca este posibil sa o modifice, descoperirile ar putea duce la cresterea eficientei procesului de absorbtie a luminii.

Iar aceasta realizare ar putea deschide calea catre celule fotovoltaice mult mai eficiente pentru a genera electricitate, cu ajutorul fotosintezei artificiale, mimand procesul extra-eficient care poate avea loc in fiecare frunza verde.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

Sursa: livescience.com, science.org, physicsworld.com.

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.