В науке принято относить детерминистские физические теории, которые предшествовали квантовой механике (в том числе специальную и общую теории относительности), к классической физике в отличие от неклассической квантовой механики. – Здесь и далее примеч. авт.

Все же неправильно полагать, что туннельный эффект подразумевает преодоление барьеров физическими волнами; способность квантовой частицы в одно мгновение оказаться по другую сторону барьера описывается абстрактными математическими моделями волн. В этой книге мы будем стараться приводить аналогии квантовых явлений, интуитивно понятные читателям, однако реальность такова, что квантовая механика чрезвычайно контринтуитивна, поэтому авторы рискуют слишком упростить некоторые аналогии, пусть и с благородной целью максимально ясного изложения.

Все химические элементы имеют разновидности атомов, называемые изотопами. Отдельный элемент выделяется на основе количества протонов в ядре его атомов: атомные ядра водорода содержат один протон, ядра гелия – два и т. д. Однако количество нейтронов, содержащихся в ядре, может варьироваться. Так, водород имеет три разновидности (изотопа): обычно в атоме водорода содержится только протон, а более тяжелые изотопы – дейтерий и тритий – имеют в ядре, кроме протона, один или два нейтрона соответственно.

Строго говоря, дейтрон обязан своей стабильностью одному из свойств ядерных сил. Протон и нейтрон связываются благодаря тензорному взаимодействию, которое вынуждает эту пару частиц находиться в квантовой суперпозиции двух одновременных моментов импульса – S-волны и D-волны.

Следует оговориться, что специалисты в области квантовой физики не пользуются таким упрощенным языком. Правильнее будет сказать, что две удаленные, но запутанные частицы сохраняют нелокальную взаимозависимость потому, что являются частями одного и того же квантового состояния. Однако такая формулировка мало что проясняет, не правда ли?

Поскольку свет – это не только частицы, но и волна, поляризацию (в отличие от квантового спина) гораздо проще понимать как направление, в котором распространяется волна.

И вновь мы во многом упрощаем язык изложения, чтобы читатель мог себе представить описываемое максимально ясно. Измерение определенного свойства квантовой частицы (например, ее положения) означает, что у нас больше нет неопределенности относительно этого свойства – оно попадает в центр нашего внимания и перестает быть туманным, неясным. Однако это не означает, что отныне, с измеренным и описанным нами свойством, частица начинает вести себя традиционно, в рамках классической физики. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга частица больше не имеет фиксированной скорости. На самом деле частица в определенном положении будет в тот момент времени находиться в состоянии суперпозиции, двигаясь одновременно со всеми возможными скоростями и во всех возможных направлениях. Что касается квантового спина, поскольку это свойство присуще только объектам микромира, его измерение точно не заставит частицу вести себя подобно объекту классической механики.

Во второй половине XIX века шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл доказал, что электрические и магнитные силы представляют собой проявления одной и той же силы – электромагнетизма.

Имеется в виду стол для игры в американский бильярд, или пул.

Свободная энергия – одно из важнейших понятий термодинамики, содержание которого описание, приведенное в данной главе, иллюстрирует достаточно точно.

Стоит отметить, что некоторые биохимики того времени были виталистами.

Как ни странно, в то время эксперименты Эвери не были приняты учеными в качестве достаточного доказательства того, что генетическим материалом является именно ДНК. Споры об этом разгорелись с новым жаром лишь во времена Крика и Уотсона.

Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, в структуру которого входят углерод, азот, кислород и водород, а также хотя бы одной фосфатной группы. Все эти соединения закреплены на длинной нити ДНК.

Один микролитр равен одному миллиметру кубическому.

Кстати, отношение энергии и частоты излучения выражено в уравнении, предложенном Максом Планком в 1900 году: Е = hv, где Е – энергия, v – частота, а h – величина, получившая название «постоянная Планка». Из уравнения видно, что величина энергии прямо пропорциональна показателю частоты.

Этот процесс называют редукцией или коллапсом волновой функции. В современных работах под этим понятием подразумевается изменение математического описания электрона, а вовсе не физическое разрушение настоящей волны.

Именно Макс Борн предложил вероятностную интерпретацию волновой функции Шредингера.

Данный закон записывается уравнением PV = nRT, где n – количество молей газа, R – газовая постоянная, P – давление, V – объем газа и T – температура.

Приставка нано- означает одну миллиардную часть метра.

Дрожжи – это одноклеточные грибы.

Разумеется, есть несколько очень важных исключений: прежде всего, такие соединения, как кислород, – они постоянно вступают в реакции, однако их запас на нашей планете не иссякает благодаря регулярным процессам, связанным в основном с жизнедеятельностью живых организмов, например растений, выделяющих кислород в атмосферу.

Исходные вещества реакции принято называть веществами, участвующими в реакции, или реагирующими веществами. Однако, если в реакции участвует катализатор (например, фермент), исходное вещество называют субстратом.

Названия многих ферментов начинаются с наименования вещества (субстрата), разрушающегося в ходе реакции, и оканчиваются на – аза. Таким образом, коллагеназа – это фермент, расщепляющий коллаген.

Этот тип связи относится к ковалентной связи.

Ионом называют атом или молекулу с электрическим зарядом, который является результатом утраты электронов (положительно заряженный ион) или их приобретения (отрицательно заряженный ион).

Как вы помните из главы 2, органеллы – это «органы» клетки, ее внутренние структуры, выполняющие определенные функции, например функцию дыхания.

Большинство ученых пользуются единицей температуры К (кельвин). Изменение температуры на 1 К соответствует изменению на 1 °C. Начало шкалы температуры в кельвинах совпадает с абсолютным нулем, которому по шкале Цельсия соответствует температура –273 °C. Так, например, температура человеческого тела равна 310 К.

Возможно, у вас возникнет вопрос: зачем объяснять процессы слияния протонов внутри Солнца в терминах квантового туннелирования? Однако даже невероятно высокой внутрисолнечной температуры и давления недостаточно для того, чтобы два положительно заряженных протона преодолели электрическое отталкивание и слились в одно ядро. В таком случае на помощь приходит квантовая механика.

Биения представляют собой колебания громкости – своего рода пульсацию, которая образуется двумя нотами практически одинаковой частоты и, таким образом, почти созвучными. Не следует путать биения с ритмом.

Щели действительно должны быть очень узкими и располагаться очень близко друг к другу. В опытах, которые проводили в 1990-е годы, экран представлял собой лист золотой фольги, а ширина щелей составляла порядка одного микрометра (одной тысячной миллиметра).

Мы допускаем, что датчик имеет 100 %-ную эффективность и точно дает нам знать, что атом проходит через щель, не влияя при этом на траекторию атома. Разумеется, на практике это невозможно, так как мы посредством наблюдения неизбежно нарушим путь прохождения атома, как мы увидим далее.

Фемтосекунда равна одной миллионной от одной миллиардной секунды, или 10–15 секунд.

Задача странствующего моряка состоит в том, чтобы найти кратчайший путь, проходящий через несколько городов. Математически это описывается как задача недетерминированной полиномиальной сложности: это одна из задач, для которых не существует короткого решения, даже теоретического. Единственным способом найти оптимальное решение является полный перебор всех возможных маршрутов с множеством вычислений.

Когда мы говорим «сгорание воды», мы, конечно, не имеем в виду, что вода является топливом, как уголь, но мы свободно используем этот термин для описания молекулярного процесса окисления.

Тут мы должны сделать оговорку: квантовая механика все еще не может объяснить силу тяготения, так как теория относительности (под которой мы понимаем гравитацию) несовместима с квантовой механикой. Объединение квантовой механики и теории относительности для построения квантовой теории гравитации остается одной из величайших задач современной физики.

К сожалению, популярность этого фильма привела к тому, что сохранение рыб-клоунов в дикой природе оказалось под угрозой. Рыбы-клоуны стали излюбленной добычей браконьеров, которые продают любителям аквариумов амфиприонов в больших количествах. Не нужно держать Немо у себя дома! Помните: настоящий дом амфиприонов – коралловый риф!

Считается, что при сильных приливах нерест облегчается.

1-метил-4-(1-метилэтиленил) – циклогексен.

1 пикоампер равен 10–12 ампер.

В данном контексте экспрессия означает активность гена в процессе преобразования информации в РНК, которая запускает механизм синтеза белка, кодируемого данным геном, например фермента или обонятельного рецептора.

Традиционно мускус получали из нескольких естественных источников, в том числе половых желез мускусного оленя, лицевых желез мускусного быка, испражнений лесной куницы и мочи барсука. Тем не менее в наше время в парфюмерии применяется только синтетический мускус.

Хиральные молекулы не совмещаются в пространстве со своим зеркальным отражением.

Если быть точными, Хендрикс играл на обычной гитаре, перевернув ее в другую сторону и переставив струны так, что ми большой октавы оказывалась нижней струной, как и на левосторонней гитаре.

Например, (4S,4aS,8aR)-(K) – геосмин и его зеркальный изомер (4R,4aR,8aS)-(C) – геосмин имеют одинаковый специфический запах сырой земли.

От термина «аносмия», обозначающего отсутствие способности различать запахи. Приобретенная аносмия обычно связана с поражением назального эпителия. Врожденная аносмия встречается редко.

Не путать с Эмленом Таннелом, великим американским футболистом 1950-х годов.

Термин «триплетный» здесь может ввести в заблуждение неспециалиста в квантовой механике, тем более что речь идет о паре электронов, так что здесь необходимо краткое пояснение: считается, что электрон имеет спин 1/2. Так, когда пара электронов имеют противоположные спины, эти значения в сумме дают ноль (1/2 – 1/2 = 0). Это касается синглетного спинового состояния. Но когда их спины однонаправленны, эти значения складываются (1/2 + 1/2 = 1). Термин «триплетный» относится к тому, что комбинированный спин 1 может быть в трех возможных направлениях (по полю, против поля, в сторону).

Два неспаренных электрона в молекуле кислорода, которые держат два атома вместе, обычно находятся в триплетном состоянии.

Куры, конечно, не мигрируют, даже в дикой природе. Но они, оказывается, по-прежнему сохранили способность к магниторецепции.

По новым данным, в 2010 году в том же районе было уже менее 93°: https://ru.wikipedia.org/wiki/Полюсы_холода. – Примеч. пер.

Дно ледника, непосредственно накрывающего озеро, образовалось более чем 400 тысяч лет назад, однако само озеро могло замерзнуть еще раньше. Пока неясно, этот ли ледник накрыл озеро изначально, или он пришел на смену более ранним ледникам, а также замерзало ли озеро в перерыве между ледниковыми периодами.

Организмы, живущие в средах с экстремальными (с точки зрения человека) условиями.

Онкологические заболевания возникают вследствие мутаций в генах, контролирующих рост клеток. Мутации приводят к неконтролируемому росту клеток и, следовательно, к возникновению опухоли.

Разумеется, новая теория эволюции с таким же успехом могла бы называться теорией естественного отбора Уоллеса, по имени великого британского натуралиста и географа Альфреда Рассела Уоллеса, который, путешествуя в тропиках, подхватил малярию и, проходя лечение в больнице и рассуждая о выживании, пришел к тем же идеям, что и Дарвин.

Термин «генетический» был предложен в 1905 году Уильямом Бэтсоном, английским генетиком и сторонником идей Менделя. Термин «ген» был введен в научный оборот четырьмя годами позже датским ботаником Вильгельмом Иогансеном для различения совокупности внешних признаков индивида (его фенотипа) и его генов (генотипа).

Альтернативные таутомерические соединения гуанина и тимина называют также енольной формой или кетоформой в зависимости от положения протонов; таутомеры цитозина и аденина называют кетоформой или аминоформой.

Escherichia coli.

Имеется в виду модель, не имеющая строгой математической базы.

На самом деле в образовании пары оснований участвуют несколько водородных связей, однако приводимое нами сравнение работает и в упрощенной форме, если свести модель водородной связи к одному протону.

Голодающие бактерии, испытывающие стресс, могут продолжать попытки копировать собственную ДНК, однако попытки репликации будут, скорее всего, неудачными ввиду нехватки ресурсов для организации процесса, поэтому клетка будет создавать лишь короткие цепочки, соответствующие нескольким генам.

Один из самых интересных вопросов современной квантовой биологии – сама ли жизнь «обнаружила» квантовые преимущества, или квантовая механика случайно оказалась бок о бок с генетикой.

К удивлению киноманов, фильм Херцога снят в 3D.

Размеры Интернета не так легко оценить, но каждая веб-страница в настоящее время ссылается в среднем на чуть менее сотни других страниц, в то время как нейроны имеют синаптические связи с тысячами других нейронов. Таким образом, если говорить о связях, то их около триллиона между веб-страницами и примерно в сотни раз больше между нейронами в человеческом мозге. Но Интернет удваивается в размере каждые несколько лет, поэтому ожидается, что он будет соперничать по сложности с человеческим мозгом в течение ближайших десяти лет. Станет ли Интернет тогда сознательным?

Для читателя-физика: описанное нами здесь является сферой Блоха.

В действительности нити представляют собой математическую зависимость между фазой и амплитудой запутанных кубитов, представленную в уравнении Шредингера.

Джонджо [Макфадден], пользуясь случаем, хотел бы извиниться перед Хамероффом за ошибочное написание его имени в книге «Квантовая эволюция».

Это еще одна сложная концепция, но Пенроуз предложил совершенно особенную интерпретацию проблемы измерения в квантовой механике, предположив, что в достаточно сложных (и, следовательно, более массивных) квантовых системах их гравитационное влияние на пространство-время создает возмущение, которое разрушает волновую функцию, превращая квант в классическую систему, и что этот процесс порождает наши мысли. Подробности этой экстраординарной теории хорошо описаны в книгах Пенроуза, но стоит сказать, что его предложение имеет на сегодняшний день мало приверженцев среди исследователей квантовой физики.

Пикосекунда – это одна миллионная от одной миллионной доли (или 10–12) секунды.

Земля, как полагают, сформировалась из остатков звезды около 4,5 миллиарда лет назад, но на формирование твердой земной коры ушло около полутора миллиардов лет.

Это исключает вирусы, которые могут реплицироваться только с помощью живой клетки.

Термин, используемый для обозначения беспорядочных молекулярных вибраций.

Из песни The Beach Boys «Good vibrations».

Амплитуда колебаний достаточно мала, поэтому распространение помех не сопровождается передачей большого количества энергии.

Растения имеют фотосистемы двух разновидностей – I и II.