Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии

Но (и это очень большое НО) подобное использование квантового мира в интересах жизни возможно лишь при одном условии — при сдерживании декогерентности. В противном случае система утрачивает квантовые свойства и начинает вести себя строго по законам классической физики или термодинамики, по принципу «порядка из неупорядоченности». В ходе экспериментов ученым удавалось препятствовать декогерентности путем ограждения квантовых реакций от деструктивного шума. В данной главе мы показали, что жизнь, судя по всему, избрала иную стратегию. Жизнь не только не позволяет шуму нарушить когерентность, но и использует его для поддержания связи с миром квантовых явлений. В главе 6 мы метафорично представили жизнь в виде гранитного блока, балансирующего в положении, в котором он может сохранять связь с явлениями квантового мира. По причинам, которые скоро вам станут понятны, в дальнейшем повествовании мы заменим в нашей метафоре гранитный блок парусником.

Для начала представим, что наш парусник стоит в доке, а его киль представляет собой тонкую линию, на которой расположен ряд атомов. В этом достаточно неустойчивом положении наш корабль, как и живая клетка, имеет связь с квантовыми событиями, протекающими на его атомном киле. Туннелирование протона, электронное возбуждение или запутанность частицы могут иметь последствия для всего корабля, например изменить его положение в доке. Однако представим теперь, что капитан нашего судна придумал замечательный хитроумный способ использовать квантовые явления, происходящие на киле (когерентность, туннелирование, суперпозицию, запутанность), для упрощения навигации, когда парусник выходит в открытое море.

И все же не забывайте, что мы все еще находимся в доке и пока корабль никуда не отправляется. Несмотря на то что в таком неустойчивом состоянии парусник может использовать последствия квантового уровня, это состояние подвержено воздействию легчайшего бриза — для корабля, киль которого представляет собой линию атомов, достаточно даже не дуновения ветерка, а прикосновения одной молекулы воздуха, чтобы перевернуться. Инженерный подход к проблеме поддержания корабля на плаву и, следовательно, сохранения связи с квантовыми явлениями, происходящими на киле, подразумевает возведение вокруг корабля защитной камеры, из которой необходимо будет выкачать весь воздух, чтобы ни одна молекула, словно бильярдный шар, не нарушила его равновесие. Инженеру придется также охладить всю систему до абсолютного нуля, чтобы исключить фактор влияния молекулярных колебаний. Однако опытные капитаны знают, что существует еще один способ поддерживать наш парусник на плаву: его нужно отпустить в плавание в бурные термодинамические воды.

Мы принимаем как должное тот факт, что легче поддерживать равновесие судна на воде, а не на суше. Тем не менее, если говорить о молекулярном уровне, мы увидим, что причины более стабильного положения корабля на воде не так уж и очевидны. Мы только что выяснили, что, с точки зрения инженера, сохранить корабль с узким килем в положении равновесия в доке можно лишь в том случае, если нам удастся предотвратить воздействие на него отдельных атомов и молекул. Но море ведь как раз и является средой, которая заполнена атомами и молекулами, хаотично ударяющимися друг о друга и о киль любого корабля, словно бильярдные шары, сталкивающиеся друг с другом и сдвигающие планку, о которых мы говорили в главе 2. Так почему же наш корабль в доке может перевернуться от легчайшего удара крошечной молекулы, а в море остается невосприимчивым к множеству таких ударов?

Ответ на этот вопрос следует искать, снова опираясь на принцип «порядок из неупорядоченности», описанный Шредингером. Корабль действительно будет испытывать триллионы молекулярных ударов по обе стороны борта. Разумеется, в море сохранение равновесия нашего корабля будет зависеть не только от ультратонкого киля, но и от подъемной силы воды. Учитывая многочисленные удары об оба борта корабля, сила воздействия на нос, корму, равно как и на правый и левый борт, будет примерно одинаковой. Итак, плывущие корабли не переворачиваются, поскольку их равновесие сохраняется благодаря триллионам хаотичных ударов молекул о все его борта: это и есть порядок (вертикальное положение судна) из неупорядоченности (триллионы хаотичных ударов молекул, которые бьются о его борта, словно бильярдные шары).

Однако корабли, разумеется, тонут и в открытом море. Представьте, что капитан повел корабль в море в сильный шторм, но экипаж не успел поднять паруса. Теперь волны бьются о борт судна вовсе не в случайном порядке — с обеих сторон на корабль может обрушиться вал, который легко перевернет парусник. Но наш умный капитан знает, как удержать равновесие корабля: он приказывает поднять паруса, чтобы сила ветра удерживала корабль на ровном киле (рис. 10.2).