В статье, написанной Джессикой М. Анной и Грегори Д. Скоулзом из Университета Торонто и Риенком ван Гронделлом из Университета Врие в Амстердаме, описываются эксперименты, в которых используется метод, называемый двумерной электронной спектроскопией. Исследователи посылают лазерные импульсы на светособирающие белковые молекулы бактерий и водорослей с точностью до миллиардной миллиардной секунды, а затем наблюдают, как заряженные молекулы повторно излучают свет разных цветов в последующие моменты.
Это позволяет исследователям сделать вывод, как энергия сохраняется в молекулах и перемещается между ними. Но результаты было бы невозможно объяснить, если бы захваченная световая энергия передавалась дискретными объектами, беспорядочно перемещающимися между молекулами. Скорее, необходимы идеи квантовой механики.
Квантовая механика считает частицы размазанными по областям пространства, а не точечными, и интерферирующими друг с другом, как волны. В повседневной жизни размытие невозможно обнаружить, но экспериментальные результаты показывают, что внутри массивов светособирающих молекул, которые служат световыми «антеннами» внутри клеток, такая «когерентность» облегчает сверхбыструю передачу энергии, которая помогает организмам использовать солнечную энергию.
Таким образом, он позволяет жизни проникать на планету, используя процесс, известный как фотосинтез, для извлечения углекислого газа из воздуха.Тем не менее, Анна и ее коллеги отмечают, что молекулярные детали устройства для сбора света у разных видов эволюционировали по-разному, поэтому нет ничего простого в том, как организмы используют квантовую когерентность. В самом деле, когерентность, вопреки предположениям некоторых исследователей, не кажется доминирующей в сборе света, обеспечивая быстрый путь передачи энергии от места, где она впервые улавливается, к центру химической реакции, где она используется.
Вместо этого, как пишут Анна и ее коллеги, исследователи должны «спросить, как согласованность на короткой длине и во временных масштабах может зародить какое-то свойство или функцию» в системах сбора света. Такое понимание могло бы помочь ученым разработать экологически чистые солнечные технологии, которые могли бы регулировать скорость их поступления энергии, а также перераспределять и восстанавливать их компоненты, когда возникает необходимость, как это делают живые клетки.