LƯỢNG TỬ CÓ PHẢI LÀ THỰC THỂ SỐNG?

Thuyết đa vũ trụ chưa thực sự giải quyết được bí ẩn của sự sống, và cung cấp manh mối tốt hơn liên quan đến năng lượng thường, như nhiệt và ánh sáng, chứ chưa nói đến dạng năng lượng chân không kỳ lạ. Hành vi của năng lượng thông thường là cân bằng, vì vậy khi năng lượng bắt đầu tụ lại, nó ngay lập tức cố gắng thoát khỏi cụm và đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt động học. Đó là lý do tại sao ngôi nhà tắt lò vào mùa đông ngày càng trở nên lạnh hơn cho đến khi nhiệt độ trong và ngoài nhà bằng nhau. Hơi nóng đã dịu đi.

Sự hao tán năng lượng này được gọi là entropy và tất cả các dạng sống đều chống lại nó. Sự sống bao gồm những khối năng lượng thậm chí không thoát ra ngoài cho đến thời điểm chết. Khác với ngôi nhà được sưởi ấm bởi lò sưởi, cơ thể bạn vẫn ấm áp trong khi bạn đứng đợi xe buýt vào mùa đông. Điều này không phải vì bạn được cách nhiệt tốt bằng cách mặc áo khoác dày để chống lạnh. Thay vào đó, cơ thể bạn lấy năng lượng nhiệt từ thức ăn nạp vào và duy trì ở nhiệt độ không đổi, khoảng 98,6 độ F. Mọi học sinh đều được học về sự thật này, nhưng nếu chúng ta biết làm thế nào các sinh vật lần đầu tiên đạt được thủ thuật thách thức entropy, thì đó có thể là lý do tại sao sự sống ngay từ đầu đã tồn tại.

Gần như tất cả năng lượng miễn phí có sẵn cho sự sống trên hành tinh của chúng ta đều đến từ quá trình quang hợp. Ngoài việc cần nguồn cung cấp năng lượng riêng để phát triển, thực vật còn nằm ở cuối chuỗi thức ăn cho tất cả các loài động vật trên cạn. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các tế bào có chứa chất diệp lục, năng lượng trong ánh sáng mặt trời sẽ được “thu nhận”, gần như ngay lập tức được đưa sang tiến trình chuyển hóa thành protein và các sản phẩm hữu cơ khác. Sự truyền năng lượng này xảy ra gần như ngay lập tức và đạt hiệu quả 100%. Không có năng lượng bị lãng phí như nhiệt. Để so sánh, nếu bạn ra ngoài chạy bộ buổi sáng, hiệu quả của việc đốt cháy nhiên liệu của cơ thể khiến cho lượng nhiệt dư thừa khi mồ hôi tuôn ra và da bạn ấm lên; đồng thời nhiều chất thải hóa học cần phải được tống ra khỏi cơ bắp của bạn theo dòng lưu chuyển trong máu.

Hóa học không thể giải thích được độ chính xác gần như hoàn hảo của quá trình quang hợp. Năm 2007, một bước đột phá đã được thực hiện tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley thông qua lời giải thích về cơ học lượng tử được đề xuất bởi Gregory Engel, Graham Fleming, và các đồng sự. Chúng ta đã đề cập rằng các photon có thể hoạt động ở dạng sóng hoặc dạng hạt. Ngay khi một photon tiếp xúc với các electron quay quanh nguyên tử, sóng “co rút” thành hạt. Điều này sẽ dẫn đến sự kém hiệu quả trong quá trình quang hợp. Giống như việc bắn phi tiêu vào một tấm bảng, sẽ có rất nhiều lần bắn trượt trước khi bắn trúng hồng tâm. Nhưng nhóm Berkeley đã phát hiện ra một điều khá độc đáo: trong quá trình quang hợp, ánh sáng mặt trời duy trì trạng thái ở dạng sóng đủ lâu để lấy mẫu toàn bộ các phạm vi mục tiêu có thể, đồng thời “chọn” mục tiêu nào hiệu quả nhất để kết nối. Bằng cách xem xét tất cả các con đường truyền năng lượng có thể có được cung cấp, ánh sáng sẽ không lãng phí năng lượng khi chọn bất kỳ con đường nào ngoại trừ những con đường hiệu quả nhất.

Chi tiết của những phát hiện tại Berkeley rất phức tạp, tập trung vào sự kết hợp lượng tử lâu dài, nghĩa là khả năng sóng vẫn là sóng mà không bị chuyển đổi thành hạt. Cơ chế này liên quan đến việc kết hợp sự cộng hưởng của cả ánh sáng và các phân tử nhận năng lượng của nó. Hãy nghĩ về hai âm thoa rung động giống hệt nhau; điều này được gọi là cộng hưởng hài hòa. Ở cấp độ lượng tử, có sự hài hòa tương tự giữa dao động của các tần số nhất định của ánh sáng mặt trời và dao động được điều chỉnh mà các tế bào tiếp nhận.

Hiệu ứng lượng tử được biết là tồn tại ở những vị trí quan trọng khác, nơi vi mô gặp vĩ mô. Thính giác được kích thích ở tai trong bằng các dao động có quy mô lượng tử, nhỏ hơn một nanomet (tức là một phần tỷ mét). Hệ thống thần kinh của một số loài cá rất nhạy cảm với điện trường rất nhỏ và hệ thống thần kinh của chúng ta tạo ra những hiệu ứng điện từ rất nhỏ. Sự trao đổi ion kali và natri qua màng của mỗi tế bào não làm phát sinh các tín hiệu điện được tế bào truyền đi. Một lý thuyết hoàn toàn mới thừa nhận rằng các sinh vật sống được nhúng trong “trường sinh học” bắt nguồn từ cấp độ điện từ hoặc có lẽ ở cấp độ lượng tử thậm chí còn tinh vi hơn, vẫn chưa được khám phá. Như bạn có thể thấy, sinh học lượng tử thật sự có tương lai, biểu hiện qua bước ngoặt đột phá về quang hợp.

Tuy nhiên, với tất cả những khám phá hấp dẫn này, việc tuyên bố rằng lượng tử là thực thể sống vẫn chưa cho chúng ta biết bằng cách nào chúng có được sự sống. Con rắn lại cắn đuôi của nó một lần nữa. Nếu con người tồn tại là nhờ vào lượng tử hành xử theo cách hoàn toàn giống như thật (tức là đưa ra lựa chọn, cân bằng giữa sự ổn định và tính tự phát, thu nhận năng lượng một cách hiệu quả, v.v.), thì tất cả những gì chúng ta đã chứng minh được là sự sống đến từ vật chất sống. Đây là điều chúng ta đã biết.

Tuy nhiên, các hiệu ứng lượng tử trong sinh học rất quan trọng vì chúng tạo ra hành vi không được xác định trước theo như cách mà các nguyên tử oxy phản ứng với những nguyên tử khác. Một từ như sự lựa chọn hàm ý rằng thuyết tất định đã được nới lỏng hơn một chút. Nhưng điều này có đủ không? Khi những chiếc lá xanh rung rinh trên cây, ánh sáng mặt trời được sử dụng để tạo ra carbohydrate nhờ vào một quyết định lượng tử, tuy nhiên điều này vẫn chưa đủ để cho chúng ta biết về một chuỗi các quyết định đã được đưa ra, trong đó một tế bào gan thực hiện hàng chục quá trình phối hợp với hàng nghìn tỷ tế bào khác. Khi xây một ngôi nhà, việc biết cách trát vữa từng viên gạch là quan trọng nhưng nó không giống như việc thiết kế và xây dựng toàn bộ ngôi nhà.