大千世界

光合作用與量子糾纏

光合作用與量子糾纏
Getty Images
第64期
施予

小學時我們就學過,光合作用是植物將太陽光轉換成自身能量的方式。然而,光合作用的原理看似簡單,卻讓科學家驚嘆不已,因為它的光化學能量轉換效率非常高,幾乎可將接收到的太陽光百分之百地轉換成植物所需的化學能。相對而言,目前最高效率的太陽能電池僅有20%~30%的太陽能轉換成電能的效率。

量子糾纏(quantumentanglement)這個物理現象聽過的人可能就比較少了,量子糾纏1982年被法國科學家證實,兩個微觀粒子不管彼此之間相隔多遠,都存在著一種「瞬時」聯繫。比如我們將兩個粒子分開一千公里,甚至於更遙遠,其中一個狀態發生變化,另一個會在一瞬間感應到,好像彼此被某種無形的力量聯繫在一起。

一個是生物學領域的光合作用,一個是量子力學的粒子糾纏現象,兩者看似毫不相關,為何我們這裡還要介紹這兩個現象呢?

當美國加州大學柏克萊分校的研究人員針對植物進行研究時,得到了一個驚人的發現,原來植物的光合作用的效率如此高,是因為植物內部能量的傳遞,就是採用量子糾纏的原理。量子糾纏效應可以在一瞬之間,將綠葉裡捕光分子取得的太陽能傳遞至負責進行光電反應的分子,從而達成超高效率的能量轉換。這個新發現發表在最新的《自然物理學》期刊(NaturePhysics)上。

物理學家原先認為量子糾纏非常脆弱而難以維持,然而現在卻發現,量子糾纏可以在生物系統中存在並保持一段時間。

由於量子糾纏的「瞬間傳遞」特性可應用於資訊領域,實現超高速的量子通訊,許多頂尖研究團隊致力於將量子糾纏以人工方式實現。目前最大的挑戰即是溫度的干擾,外界溫度的些微變化即會讓量子糾纏破壞。然而,在植物內的捕光化合物分子中,量子糾纏卻能夠在自然環境狀態下穩定的維持著,就算外界溫度已經有很大的變化。

這種穩定性究竟是如何達成的,目前還有待深入研究。過去人們實在很難想像,提升太陽能轉換效率以及達成量子通訊的奧祕,竟然都隱藏在我們周遭最平常的一花一草一樹之中!

看來,地球上的生命仍有許多奧妙是目前科學界還未充分瞭解的,有待我們抱著謙虛的態度深入研究。

你可能會有興趣的文章

新竹半畝塘 榕樹下的收冬市集
▲走過門後的小徑,就是別有洞天的半畝塘新竹總部所在的「若水會館」。曾允盈攝影     ▲土地公廟與老榕樹,…
八年級、90後 兩岸三地學生不再沉默!
今年暑假,氣溫格外炎熱,台北市爆出連續多日氣溫高達攝氏37、38度的紀錄。機車騎士在烈焰下等候紅燈苦不堪言,甚至喊出取消兩段式左轉的呼籲…
台灣最缺的其實是企業家精神
極具政經實力的全國工業總會最近提出了2015年《白皮書》,其中對政府的許多建言都很值得重視。不過也有一個思考方向更值得檢討。…
柚子乖乖、復育綬草、嫁接老農青農 「洄瀾無毒」開闢農產藍海市場
台灣農業技術含金量高,加上研究單位的協助,農業發展相當興盛,除了鮮果,還能進行各種利用。而花蓮「洄瀾無毒」創辦人吳居,…
反送中運動彰顯自由價值
今年8月底在法國舉行的七大工業國集團(G7)峰會中,各國領導人曾就香港議題發表聲明,重申《中英聯合聲明》的存在與重要性,支持香港自治,…
那一夜,我們很「博雅」
隨著陽光的逐漸消逝,入夜後的東海大學,有別於白天濃濃的綠意,轉眼間黑色簾幕籠罩校園,道路兩旁的嵌地路燈也在此刻透出微微的黃。…
「旗艦物種」對地球的呼喊
2009年12月底甫落幕的哥本哈根氣候變遷國際會議上,「世界自然保育聯盟」(the International Union for…
澳洲的紅色憂鬱症
澳洲總理朱麗亞‧吉拉徳(Julia Gillard)日前在美國國會一席動情的演說,再度激起了澳洲輿論對於澳洲該如何平衡「澳中」與「澳美」…