کشف اسرار آفرینش با زیست‌شناسی کوانتومی

در علم فیزیک، «کوانتوم» (quantum) به کم‌ترین مقدار از هر موجودیت فیزیکی گفته می‌شود. بر همین اساس، «مکانیک کوانتومی» (Quantum Mechanics) که با عناوین دیگری همچون «فیزیک کوانتوم» (Quantum Physics) و «نظریه کوانتوم» (Quantum Theory) نیز شناخته شده است، نظریه‌ای بنیادی در علم فیزیک است که ماهیت کوچک‌ترین مقیاس از سطوح انرژی در اتم‌ها و ذرات زیراتمی را توصیف می‌کند.

«زیست‌شناسی کوانتومی» (Quantum Biology) مبحثی نسبتا جدید است؛ هر چند که اولین جرقه‌های ظهور آن در سال‌های ۱۹۲۰ میلادی زده شده بود. در زیست‌شناسی کوانتومی به کاربردهای مکانیک کوانتومی و «شیمی نظری» (Theoretical Chemistry) در موضوعات و مسائل زیست‌شناسی می‌پردازند.

آقای «جیم الخلیلی» (Jim Al-Khalili) [+]، فیزیکدان نظری، نویسنده و گوینده اهل انگلستان است. ایشان دانشمند فیزیک نظری محسوب می‌شود و همچنین، دارای کرسی در دانشگاه «سِری» (University of Surrey) انگلستان است. آقای الخلیلی گویندگی و مجری‌گری برخی از برنامه‌های علمی در رادیو و تلویزیون کشور انگلستان را نیز انجام می‌دهد. جیم الخلیلی چند سالی است که در بحث زیست‌شناسی کوانتومی فعالیت می‌کند.

در یک «سخنرانی تِد» (Ted Talk) که اخیرا آن را مشاهده کرده‌ام [+]، آقای الخلیلی در این رابطه صحبت می‌کند که چطور می‌توان از «نظریه‌های» (Theories) مربوط به مکانیک کوانتومی برای توضیح دادن آنچه در داخل یک سلول به وقوع می‌پیوندد استفاده کرد. سپس به بیان این موضوع می‌پردازد که تاکنون زیست‌شناس‌ها و شیمی‌دان‌ها، به نوعی بدون استفاده از نظریه کوانتوم در صدد آن بوده‌اند که آنچه در مورد یک سلول زنده اتفاق می‌افتد را توضیح بدهند و در این زمینه تا حدودی هم موفق شده‌اند. اما آن‌ها هنوز نتوانسته‌اند بسیاری از موارد را به خوبی توضیح دهند.

الخلیلی، سخنرانی خود را با طرح این پرسش آغاز می‌کند که: «آیا مکانیک کوانتومی، درون یک سلول زنده نیز نقشی ایفا می‌کند؟». در این راستا، ایشان در رابطه با شواهدی صحبت می‌کند که اتفاق می‌افتد و می‌تواند حاکی از نقش مکانیک کوانتومی در مسائل زیستی باشد. مثلا در مورد «جهشی» (Mutation) صحبت می‌کند که در رونویسی ژن‌ها اتفاق می‌افتد. این احتمال وجود دارد که این اتفاق اساسا به خاطر یک اثر کوانتومی به اسم «تونل‌زنی کوانتومی» (Quantum Tunneling) اتفاق افتاده باشد.

ایشان در ادامه صحبت‌های خود، به نوعی پرنده به نام «سینه‌سرخ» (Robin) که در اروپا وجود دارد اشاره می‌کند. این پرنده‌ها در فصل‌های سرد سال از اسکاندیناوی به سمت دریای مدیترانه کوچ می‌کنند. اما مساله این است که با وجود آنکه گونه‌های مهاجر از میدان مغناطیسی زمین برای مسیریابی و جهت‌یابی استفاده می‌کنند، اما میدان مغناطیسی زمین آنقدر قوی نیست که بشود آن را به سادگی با ابزاری شناسایی کرد و این کار برای پرنده کوچکی مانند سینه‌سرخ بسیار پیچیده و حتی غیر ممکن محسوب می‌شود.

زیست‌شناسی کوانتومی

به همین دلیل، یکی از نظریه‌هایی که در این رابطه مطرح می‌شود آن است که این امکان وجود دارد که یک «کوپلاژ» (Coupling) یا «درهم‌تنیدگی کوانتومی» (Quantum Entanglement)، بین یک سری از ذرات درون چشم این پرنده و ذرات بیرونی وجود داشته باشد که پرنده از طریق آن‌ها می‌تواند این میدان مغناطیسی را شناسایی کند و مسیریابی را به خوبی انجام دهد.

البته، حوزه زیست‌شناسی کوانتومی همچنان در ابتدای راه قرار دارد؛ ولی بر اساس شواهد به دست آمده طی دهه‌های گذشته از پژوهش‌های الخلیلی و دیگر دانشمندانی که در حوزه زیست‌شناسی کوانتومی کار می‌کنند، می‌توان به جرات گفت که به احتمال زیاد کوانتوم نقشی بیش از آنچه به نظر می‌رسد در ایجاد حیات و ادامه آن روی کره زمین بازی کرده و می‌کند.

اکنون، باید منتظر ماند و دید که دانشمندان این حوزه دیگر از چه اسراری پرده‌برداری می‌کنند. سخنرانی تِد آقای الخلیلی [+] بسیار جالب است و تماشای آن را به علاقمندان فیزیک کوانتوم، زیست‌شناسی و افرادی که به اسرار آفرینش علاقمند هستند، توصیه می‌کنم.

۳ تیر ۱۳۹۵

دنیا یک دسکتاپ چهار بعدی است

چیزی که حواس ما از دنیای اطراف دریافت می‌نمایند، در قالب یک سری فعل و انفعالات الکترو-شیمیایی نهایتا به مغز ما منتقل می‌شود؛ اما معلوم نیست که ادارک شکل گرفته در سیستم عصبی ما، دقیقا منطبق بر واقعیت باشد. چه بسا مواردی که ما امکان حس آن را نداریم، اما واقعی هستند و چه بسا مواردی که ما آن‌ها را درک و حس می‌کنیم، اما عملا وجود ندارند. این یکی از معماهای بزرگ است که به احتمال زیاد، ما به این زودی‌ها نخواهیم توانست راه حل مناسبی برای آن، پیدا کنیم.

۲۵ اردیبهشت ۱۳۹۵

هایپشیا، زنی فیلسوف در میدان شهر

فیلم آگورا (Agora) ساخته سال ۲۰۰۹، به کارگردانی آلخاندرو آمنابار سانتوس، یکی از جالب‌ترین آثار سینمایی مربوط به تاریخ علم و فلسفه است. داستان فیلم مربوط به سال‌های پایانی زندگی هایپشیا (Hypatia)، یک بانوی ریاضی‌دان، منجم و فیلسوف اهل اسکندریه است، که آخرین کتابدار کتابخانه بزرگ اسکندریه بوده است و در قرن چهارم و پنجم میلادی می‌زیسته است. هایپشیا، چهره‌ای بسیار شاخص است و نماد تاثیر و نقش زنان در پیشرفت علم و دانش بشری محسوب می‌شود.

۲۴ اردیبهشت ۱۳۹۵

تایملاین مکانی و دوگان آن

یکی از انواع مهم پست‌های ارسالی از طرف افراد در شبکه‌های اجتماعی، خبر حضور آن‌ها در یک مکان به خصوص است، که حاکی از وقوع یک مسافرت تفریحی یا کاری است. این یکی از تم‌های رایج در شبکه‌های اجتماعی است. حتی چند ماه پیش، سبک جدیدی مرسوم شد، که افراد عکسی از پاسپورت، بلیط و مقداری پول خارجی را منتشر می‌نمودند و خبر حضور در یک مکان را، از پیش اطلاع می‌دادند. در مقابل، می‌شود دوگانی برای این نوع تایملاین مبتنی بر مکان در نظر گرفت، که می‌تواند جالب باشد.

۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۵

گرانش، صدای جهان اطراف ماست

چند ماه پیش، در فوریه سال ۲۰۱۶ میلادی، خبری مبنی بر اندازه‌گیری و مشاهده امواج گرانشی منتشر شد. جالب است که وجود این امواج، یکصد سال پیش، توسط آلبرت انشتین به صورت نظری پیش‌بینی شده بود و هم اکنون، به لطف وجود ابزاری به نام لایگو یا LIGO، این نظریه تأیید شده است.

۲۷ فروردین ۱۳۹۵

افتراق و اتحاد میان خواب و زندگی

تفاوت و شباهت میان زندگی و خواب، یکی از مفاهیمی است که از دیرباز ذهن بشر را به خود مشغول کرده است. تا کنون آثار علمی، فلسفی و هنری فراوانی در این خصوص ساخته و پرداخته شده‌اند. یکی از جالب‌ترین اشارات به این موضوع، در بخشی از کتاب «دنیای سوفی» (نوشته جاستین گاردر) آمده است، که به «عصر باروک» مربوط می‌شود. متن فارسی و انگلیسی این بخش، که از زبان آلبرتو بیان می‌شود، در ادامه آمده است.

۱۸ فروردین ۱۳۹۵

اعتیاد به حرکت، دلیل اصلی ایجاد مغز

میلیاردها سال پیش، زمانی که اولین مولکول‌ها توانستند رمز زندگی را کشف کنند، حیات بر روی زمین متولد شد. در همان مراحل نخستین فرایند تکامل، نیاکان تک سلولی ما، به فکر توسعه مکانیکی بودند و ادوات حرکتی را ایجاد کردند. به مرور، روش‌های پیچیده‌تری برای حرکت ایجاد شدند، که کم و بیش در میان موجودات تک سلولی امروزی نیز، می‌توان آن‌ها را دید.

۱۰ فروردین ۱۳۹۵

رودخانه‌ای به نام بدن

سال‌ها پیش این حقیقت توسط پرفسور آبرسولد یافته شد که، سالانه ۹۸ درصد از اتم‌ها و مولکول‌های تشکیل دهنده بدن ما انسان‌ها، با اتم‌های دیگری جایگزین می‌شوند؛ اتم‌های جدیدی که احتمالا هیچ گاه در بدن ما نبوده‌اند. این گزاره با کمی تغییر در اعداد، برای سایر جانداران (حداقل برای سایر جانوران) نیز برقرار است. در بدن انسان، مولکول‌های آب بیشترین نرخ جایگزینی را دارند. تقریبا نصف آب موجود در بدن (که ۷۰ درصد وزن آن را تشکیل می‌دهد)، در عرض ۸ روز به صورت کامل با مولکول‌های آب جدید، جایگزین می‌شوند. یعنی هر ۸ روز یک بار، ۳۵ درصد از ماده تشکیل دهنده جسم ما، به صورت کلی بازجوان (Rejuvenate) می‌شود.

۳۰ بهمن ۱۳۹۴

آپارتمانی به نام جهان

جهان پیرامون ما، شامل هر آنچه از آن دیده‌ایم و خواهیم دید، حدود ۱۴ میلیارد سال پیش در اثر مهبانگ به وجود آمده است. از آن زمان تا کنون، این جهان هیچ گاه از تکاپو نایستاده است و کارخانه‌ای فعال در قلب جهان، مدام مشغول افزودن موجودات و مفاهیم جدید بوده است.

نخستین محصولات این کارخانه عظیم، پس از پیدایش مکان و زمان (که اساسا وجود نداشتند)، به احتمال زیاد ذرات بنیادین است که در مدل‌های مختلف، تعداد آن‌ها متفاوت است. در مدل استاندارد، تا کنون ۶۱ نوع از این ذرات بنیادین کشف شده‌اند. این ذرات علی رغم حضور در همه جا و در هر زمان، صرفا آجرهای پایه ساختمان گیتی را تشکیل می‌دهند و ظرفیت ایجاد مفاهیم و کارکردهای پیچیده را ندارند. مدتی بعد، موجودات پیچیده‌تری پا به عرصه وجود می‌گذارند، که از میان آنها، الکترون، پروتون و نوترون، بیش از همه برای ما آشنا هستند.

۲۷ بهمن ۱۳۹۴

قرارداد زمانی

چند شب پیش، در یخچال را باز کردم تا طبق معمول، پیش از خواب یک لیوان شیر بخورم. ساعت از ۱۲ نیمه شب گذشته بود و تاریخ انقضای شیر، عملا مربوط به دیروز بود. اگر در آن لحظه، یک ماشین یا روبات با منطق دو-دویی و کلاسیک قرار بود تصمیم‌گیری کند، آن یک لیوان شیر، اصولا نباید خورده می‌شد؛ اما من (احتمالا به دلیل استفاده از منطق فازی) شیر را خوردم و خوشبختانه مشکلی هم پیش نیامد.

تجربه و قضایای ریاضی نشان داده‌اند، این نوع تصمیم‌گیری‌ها با تغییر موتور استنتاج به یک موتور نرم‌تر (مثلا موتور استنتاج فازی) می‌توانند منجر به نتایج بهتری شوند. اما با توجه به ماهیت زمان (که متغیر مستقل این مسأله است)، می‌شود از زاویه دیگری نیز به این موضوع نگاه کرد.