不懂量子力学？没关系！你的身体懂，植物懂，鸟类也懂

量子效应不仅出现在微观世界，在生命系统中也普遍存在。

来源：PrincetonUniversity
作者｜陈天真
你或许不懂量子力学，但你的身体懂。当你的鼻子闻气味时，可能已经不知不觉用上了量子力学。
不只是你，植物在阳光下进行光合作用，候鸟循着地球磁场长途迁徙， DNA发生突变，酶催化化学反应，这些过程都用到了量子力学。甚至有科学家认为，人类的大脑就像是一台量子计算机，神经元利用量子比特来编码信息。
量子现象在生命世界真的无处不在吗？事情或许真是这样。
生命系统也存在量子效应？
我们生活在一个经典世界中，没有什么东西可以同时出现在两个地方；如果速度不够快，滚动的小球就无法冲上小山坡；物体运动的速度永远不可能超过光速。
但在诡异的量子世界，这些日常经验似乎都被打破：
光子、电子这样的微观粒子不仅具有粒子的性质，也具有波的性质，它们可以同时处于两种不同状态，比如同时穿过两道狭缝——这被称为量子相干性；可以像幽灵般穿过原本看似不可穿透的能量壁垒——所谓的量子隧穿效应；两个纠缠的粒子无论相隔多远，都可以瞬间感知到彼此的状态——也就是发生量子纠缠。

在宏观世界，猫不可能处于“死”和“活”的叠加态。｜来源：GerdAltmann
量子力学准确地描述了原子、分子的行为，当这些原子、分子聚集成宏观世界复杂的生命体时，量子效应会丢失吗，还是会跨越尺度延伸出去？在生命系统中也存在量子效应吗？
长久以来，科学家们都认为，量子效应只有在尺度非常小、温度非常低的极端环境中才能表现出来，在温暖湿润的生命系统中，大量粒子的集体运动会产生嘈杂的背景噪音，淹没任何古怪的量子效应。
但越来越多的证据表明，量子现象在生命系统中普遍存在。植物的光合作用、迁徙的候鸟靠磁场导航、人类闻到不同气味，都要依靠量子力学。
光合作用中的量子相干性
在光合作用中，光子会激发叶绿素分子中的电子，产生一种名为激子的准粒子。接下来，激子从一个叶绿素分子转移到下一个，直到抵达一个叫做反应中心的地方，将能量转化为可供植物代谢的化学能。
【不懂量子力学？没关系！你的身体懂，植物懂，鸟类也懂】在植物体内，这个转移过程持续时间极短，效率接近100% 。如果光子只是在叶绿素分子间随机游走，最终误打误撞抵达反应中心，就会因为绕路丢失掉很多能量，显然不是一种高效的行为。
2007年发表在《自然》杂志上的一项研究发现，激子可能是像波一样传播，可以同时感知所有能抵达反应中心的路径，并选择最高效的那条，也就是说，激子在叶绿素分子间的转移过程是量子相干的，从而帮助提高植物进行光合作用的效率。

植物光合作用过程中可能涉及到量子相干性。 |来源：WorldScienceFestival
迁徙候鸟与量子纠缠
欧亚鸲（qú），俗称知更鸟，是一种习惯在夜间迁徙的候鸟。每年冬天，它们都会通过磁感知向南飞行数千公里，仿佛自带指南针般不会迷路。地球磁场非常微弱，比冰箱贴还弱100倍，这些候鸟怎么会具有如此敏锐的磁感知能力呢？