Thiên nhiên vận dụng cơ học lượng tử rất hiệu quả Trong khi các nhà vật lí đang vật lộn nhằm đạt tới máy tính lượng tử hoạt động ở nhiệt độ đông lạnh, thì những nhà nghiên cứu khác nói rằng loài tảo khiêm nhường cùng vi khuẩn có lẽ đã và đang thực hiện các phép toán lượng tử ở những nhiệt độ thân thiện với cuộc sống trong hàng tỉ năm qua. Bằng chứng phát sinh từ một nghiên cứu cách thức năng lượng truyền trongcác phân tử khai thácánh sáng trong quá trình quang hợp. Nghiên cứu trên đã lên tới đỉnh điểmtrongtuần này với việc công bố bất thường rằng những phân tử này ở một loài tảo đại dương có thể khai thác cácquá trìnhlượng tử ở nhiệt độ phòngđể truyềnnăng lượngmà không bị thất thoát. Các nhà vật lí trướcđây đã bác bỏ các quá trình lượng tử trên, cho rằng chúng không thể tồn tại đủ lâu ở những nhiệt độ như thế để thu được bất kì cái gì hữu ích. Sự quang hợpbắt đầu khi những cấu trúc lớn khai thácánh sáng gọi làanten bắt lấy cácphoton. Ở loài tảo tên gọi là ChroomonasCCMP270,những antennày có tám phân tử sắc tố dệt thànhmột cấu trúcprotein lớn hơn,với nhữngsắctố khác nhauhấp thụ ánh sáng từ những phần khác nhaucủa quang phổ. Nănglượng của các photon sauđó truyềnqua antenđến mộtbộ phận của tế bào, nơi đó nó đượcdùng để sản xuất nhiênliệu hóa học. Lộ trìnhnăng lượng đi quakhi nó nhảy qua những phân tử lớn này là quantrọng vì nhữnghành trìnhdài hơn có thể dẫn đến thất thoát. Theo vật lí cổ điển, năng lượng chỉ có thể tác dụng theo cách của nó trong các phân tử một cách ngẫu nhiên.“Lí thuyết truyềnnăng lượng bình thường chochúng ta biết rằng những bướcnhảy năng lượng từ phân tử sangphântử khác làmột quá trình ngẫu nhiên, giống như đường đi về nhà của một tên say rượu bướcchânra khỏi quán bar”,theo lờiGregory Scholes tại trườngĐại học Toronto,Canada,một trongcác đồng tác giả của bài báo đăng trên tạp chíNaturetuầnnày . Những Scholes và các đồng nghiệp của ôngnhận thấy rằngcơ chế truyền năngcác phân tử sắc tố ở chính giữa của antenChroomonas. Trước tiên, đội nghiên cứu kích thích hai trong số những phân tử này với một xung laser ngắn, làm cho cácelectron trong các phân tử sắc tố nhảy vào một sự chồng chất lượng tử của những trạng thái kích thích. Khi sự chồng chất này sụp đổ,nó phát ra các photoncó bướcsóng hơi khác kết hợp lại hình thành nên hình ảnh giao thoa.Bằng cáchnghiêncứu mẫugiao thoa này trong ánh sángphát ra, độinghiên cứu cóthể suy luận rachi tiết sự chồng chất lượng tử đã tạo ra nó. Các kết quả thậtbất ngờ.Không những haiphân tử sắc tố ở chính giữa antentham giavào sự chồng chất; mà sáu phân tử sắc tố kia cũng tham gia. “Sự kết hợp lượngtử” này liên kết chúnglại với nhautrong chốc lát chừng 400 femto giây(4 × 10- 13 giây). Nhưngthời gian này đủ lâu cho năng lượng từ photon bị hấp thụ tự phát“dò thử” mọi đườngđi có thể có qua anten. Khi sự kết hợp chia sẻ kết thúc, năng lượngtrên được đưa vào một đườngđi, cho phép nó thực hiệncuộc hành trìnhmà khôngcó thất thoát. Khám phátrên đã đánh đổ một số niềm tin lâunay về cơ học lượng tử, rằngsự kết hợp lượng tử không thể xảy ra ở đâu khác ngoài những nhiệt độ đông lại vì một môitrường nóngsẽ phá hủyhiệu ứng trên.Tuy nhiên, loài tảo Chroomonas thực hiện công việc củachúng ở 21 °C. “Côngtrình củaScholes thật kì lạ”, GregoryEngeltại trườngĐại học Chicagonói. “Khókhăncủa thí nghiệm này là rất lớn”. Engelđã chứng minh nguyênlí tươngtự hồi năm 2007tại trường Đại học California,Berkeley,mặc dù ở nhiệt độ rất thấp, -196 °C. Đội của ông đã khảo sát phức hợp vi khuẩn chlorophyll tìm thấy ở các vi khuẩnsulphurmàu lục và pháthiện thấy các phân tử sắc tố cũngquấn lại với nhau như thế trong một mạng lưới cơ lượngtử. Thí nghiệm của ông chứng tỏ rằng sự chồng chất lượng tử cho phép năng lượngkhảo sát mọiconđường đi có thể có và chọn lấycon đường hiệu quả nhất . Xét theo một nghĩa nào đó, ôngnói, anten trên thực hiện một phép toán lượng tử để tìm ra con đường truyền nănglượng tốt nhất.Engel vànhóm củaông tại Chicago vừa lặp lại thí nghiệm trênở nhiệt độ 4°C thân thiệnvới cuộc sống hơn. Họ nhậnthấy thời gian tồn tại sự kết hợp là khoảng 300femtogiây (arxiv.org/abs/1001.5108v1).Chính xác làm thế nào những phân tử này vẫn giữ được tínhkếthợp lâu như thế, ở nhiệt độ cao như thế và với khoảngtrống tương đối lớn giữa chúng, làmột bí ẩn, theo phát biểu của lexandra Olaya-Castro thuộc trườngĐại họcCollege London, người đanghợptác với Scholes tìmhiểu những cơ chế nền tảng và áp dụng chúng cho mọinơi. Bà tin rằng cấu trúcprotein của antengiữ một vai trò thiết yếu.“Sự kết hợp sẽ không sống sótnếu như khôngcó nó”,bà nói. Hi vọngrằng sự kết hợplượng tử có thể dùngđể sản xuấtpin mặt trời hiệu quả hơn. Công trình trên đangsắp làm thay đổi cách thức chúng ta suynghĩ về sự quanghợp và sự điệntoánlượng tử, Engel nói. “Nó là mộtkếtquả lớn”. Sự khuếch tán ánh sáng Trong bầu khí quyển yên lặng, trong suốt, nhiệt độ không đổi, ánh sáng truyền theo đường thẳng. Tuy nhiên trên đường đi của nó vô số thành phần vô cùng nhỏ hoạt động giống như những nguồn sáng và sẽ chiếu trả lại ánh sáng tứ phía và nhất là vào mắt ta. Người ta gọi là sự khuếch tán ánh sáng. Nếu là chân không (le vide)thì ta chỉ nhìn thấy ánh sáng khinó tớimắt tamà thôi, còn với bầu khí quyển nhờ chứa nhữngphân tử khí,những hạt bụi nênban đêm ta có thể thấy đượcnhững chùm tia sáng của những nguồn sáng thật mạnh mặc dùchúng không chiếu thẳngvào mắtta. Tríchmột đoạncủa bài "Những đặc điểm của một kính thiên văn tốt": Khí quyển là một chướng ngại quan trongchínhyếu cho sự quan sát thên văn. Trước tiênlà nhữngturbulences atmosphériques (sự rối loạn khí quyển) làm ảnh hườnglớntrong độ chính xác hìnhảnh. Turbulences khí quyển là những khối khídi chuyển. Những khối khí nóng thì bay lên và khối khí lạnhthì xuống thấp.Những khôi khí này có tỷ trọng không đống đều nên gây ra nhiễu xạ và làm cho ánhsángthay đổi chiều. hình ành nhận được sẽ mờ, có khicó vẻ như đang "nhảy". Chính ví những turbulences nàymà nhữngngôi sao có vẻ như chớp nháy và thay đổimàu. Ðể giải quyết vấnđề trên, người ta xây nhữngđài thiên văn trênđỉnh núi cao, nơi đó không khí loãng hơn và nhiệt độ tươngđối không đổi do đó ít có sự hínhthành của turbulence Như vậy có nghĩalà kính thiên văn đặt nơicao độ chừng nào thì nó càng tiếp nhận nhiều tia sáng hơn và càngít nguồn ánhsáng thứ cấp làm rối nhiễu hìnhảnh. Sự ô nhiễm ánh sáng là đề tài làm bậnlòng cácnhà vật lý thiên văn. Hiện tượngnàu gây rabởi sự khuếch tán ánhsáng bởi không khí và hơi nước trong khí quyển. Ánh sáng từ những đèn đường, đèn trong thành phố khuếchtán ra làm sáng bầu trời. Bởi vậy trong thànhphố trời ban đêm ít khi tối và trở nên hơihồng khi cónhiềumây. Ở nhà quên ta thấy nhiều sao hơn ở thành phố bởi vì ở thành phố, ánhsáng thứ cấp làmsáng bầu trời và nhữngngôi sao có ánh sáng yếuớt sẽ biến mất trong ánh sáng mờ thành phố. cũng vìvậy mà những đài thiên văn được đặtở những nơi cao,xa thành phố. Nơi cao khí khô hơn nên nguồn sáng thứ cấp sẽ khuếch tán ít hơn , sự quan sát thiên văn sẽ hoàn hảo hơn. . Thiên nhiên vận dụng cơ học lượng tử rất hiệu quả Trong khi các nhà vật lí đang vật lộn nhằm đạt tới máy tính lượng tử hoạt động ở nhiệt độ đông lạnh, thì. số niềm tin lâunay về cơ học lượng tử, rằngsự kết hợp lượng tử không thể xảy ra ở đâu khác ngoài những nhiệt độ đông lại vì một môitrường nóngsẽ phá hủyhiệu ứng trên.Tuy nhiên, loài tảo Chroomonas thực. chất lượng tử đã tạo ra nó. Các kết quả thậtbất ngờ.Không những haiphân tử sắc tố ở chính giữa antentham giavào sự chồng chất; mà sáu phân tử sắc tố kia cũng tham gia. “Sự kết hợp lượngtử” này