Magnetna čula životinja mogla bi raditi na granici kvantne mogućnosti

Ko bi pomislio da je golub ili losos bolji od vas u kvantnoj fizici? Upravo na to ukazuju dokazi. Ove životinje koriste neku od najnaprednije nauke koju ljudi trenutno shvataju – na načine koji guraju same granice kvantne fizike.

„Veliki broj magnetnih senzora, poput superprovodnih kvantnih interferometara, optičkih pumpi i magnetometara azotne vakancije, zadovoljavaju granicu energetske rezolucije“, kažu fizičari sa Kritskog univerziteta. „Ova granica implicira fundamentalno ograničenje u pogledu magnetnog opažanja“.

Preporučujemo

U suštini, učinak magnetnog senzora zavisi od tri stvari: njegove veličine, osetljivosti i vremena merenja. Što je manji rezultat – to je osetljiviji magnet.

Kad stignemo do previše malih razmera, stvari postaju nestabilne – ili, kako fizičari vole da kažu, kvantne. To je i blagoslov i prokletstvo magnetometrije: malene razmere uklanjaju veliki deo dimenzionalnog šuma i to je omogućilo ogroman napredak u pogledu osetljivosti senzora, ali ujedno donosi intrinsičnu fragilnost – kvantna stanja mogu biti uništena jednostavno ako ih gledate na pogrešan način.

Čak i u nestabilnom, probabilističkom svetu kvantne fizike postoji granica do koliko malog može da se ide. I teorijski i eksperimentalno, granica za magnetnu osetljivost je određena Plankovom konstantom. Na kvalitativnom nivou, što je energetska rezolucija bliža Plankovoj konstanti, senzor je „kvantniji“.

Kakve sve ovo ima veze sa životinjskim čulima? Biolozi odavno znaju da mnoge životinje imaju sposobnost da osete magnetna polja – tako ptice nađu put do kuće, tako su lisice uspešne u lovu i tako psi znaju kako da kake.

Životinje su toliko dobre u tome da su naučnici zbunjeni – Zemljino magnetno polje je krajnje slabo, a ova stvorenja ipak mogu da ga osete sa misterioznom preciznošću.

To znači da mora da funkcionišu na nekim nivoima magnetorecepcije blizu kvantne granice – ali koliko blizu ostaje nepoznato. Zapravo, još se ne zna sigurno ni kako to uopšte rade.

Tokom poslednjih šest decenija, naučnici su razmatrali nekoliko biofizičkih mehanizama radi objašnjenja biološke magnetorecepcije, ali još nisu potpuno shvaćeni i relevantni fizički parametri nisu precizno poznati.

Pošto se biološki magnetometri pokoravaju zakonima fizike, očekuje se da poštuju i granicu energetske rezolucije, i ta granica je iskorišćena za utvrđivanje biofizičkih parametara.

Ne samo da su neki od predloženih mehanizama za biološku magnetorecepciju izvodljivi, već bi, barem teorijski, takođe funkcionisali upravo na nivou kvantne granice. To bi bilo kao gledanje televizije sa pikselima Plankove veličine – u suštini viša rezolucija nije moguća. I to se sve vreme nalazi u vinskim mušicama.

Ako naučnici žele da postignu najosetljivija merenja, potreban je kvantni pristup. Imitiranje bioloških magnetoreceptora može rukovoditi takav kvantni inženjering.

(Telegraf Nauka/IFL Science)