主题：【原创】量子生物学 I 摘要和前言 -- witten1
家园 s-cat: real or fake? "环境的作用和宏观物体的内部的影响,相当与对
集体自由度进行有效的量子测量，形成环境的或宏观物体的内部与系
统间的纠缠态。从这一角度，Wigner 及 Joos 和 Zeh [4] 讨论了解决
薛定谔猫徉谬和宏观物体的空间定域化问题的可能性：环境粒子与宏
观物体散射会形成宏观物体和散射粒子（真空光子，空气的原子分子）
之间的量子纠缠态，从而环境粒子能够记录宏观物体的“which-way”
信息"
let's say in macro in general and simplified way: 环境粒子=布朗粒子,and
the huge number of 布朗粒子 collects and analyzez information via thermodynamics all the time and all over the place, so we have a sort of near equilibrium system, can 布朗粒子 folks "id" the s-cat by "which-way" and how? I guess not, if 布朗粒子 did not learn "qm"?
家园 环境粒子"记录"=entropy goes up and that has to be somehow reflected in the "配分函数" of model monitoring the system?
1. without 量子测量, without "相互作用", s-equation 时间反演对称, no changes in 熵 of the system;
2. but once "s-cat" got into system with 量子测量 and has some kind of interactions with the system
",熵增 in the system, then we have to modify partition function of the model to reflect 熵增, whether it can be done is an another issue, making sense?
3. and the modified "partition function of the model" would impact 环境粒子's behavior, or at least their "distributon", etc
4. kind of like your following gr example (a great one, thx!)
"改变周围环境的曲率,引导光线弯曲前进"
我跳过光学变换的进一步技术性讨论，其实总得就是一句话，我们要求Maxwell方程的协变性，就是说我们要求Maxwell方程在坐标变换下是不变的，这样把介电和磁导率张量做相应的变换的时候其实就是意味着我们寻找一类特殊的边界条件来达到我们引导光线弯曲前进的目的，通常引力会比较容易一点，可是人工引力在目前的技术条件下应当是不现实的，因为这是直接改变时空的结构，而改变引力场也就是改变周围环境的曲率，所以通过利用一些材料的特殊性质实现特定的介电和磁导率的变换也是能达到等效的功能"
家园 "引力的熵力假说" but how to quantify partition function would be an issue, among other issues, but intuitively, it makes sense to me, now
引力的熵力假说- 维基百科，自由的百科全书
zh.wikipedia.org/zh-hk/引力的熵力假说 - 轉為繁體網頁
引力的熵力假说是一种关于万有引力本质的理论假说，由荷兰弦理论家埃里克·韦尔兰德（Erik Verlinde）于2009年提出。牛顿的万有引力定律与爱因斯坦的广义相对论 ...
家园 thermodynamics is about "macro state" of the system, and basically a lot of stat, can't figure out all kinds of possible 散射 in this kind of "micro-as well" problem, 布朗粒子 has to learn plank stuff, sr, qm, etc, I would think
家园 I've to read much more but from 孙昌璞
kind of gr's point of view
"与薛定谔猫佯谬相联系是宏观物体空间局域化问题。它的讨论起源于1950 年前后
爱因斯坦和玻恩的通信[45 ] 。他们发现一个质量为M 的宏观物体质心运动由自由哈密顿
量H = p2/ 2 M 描述,其能量本征态是一个平面波。这是一个没有空间局域化特征的扩展
态,与实际观察相矛盾:宏观物体是定域在空间特定区域内。因此,宏观物体波函数应是
一个时间相关的波包,而不是一个平面波"
家园 still a gd review(2001)? [PDF]
量子理论若干基本问题研究的新进展 - 物理学进展
pip.nju.edu.cn/Home/DownloadPDF/552 - 轉為繁體網頁
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还讨论了外部环境和内部运动怎样诱导量子退相干和量子耗散,对“薛定谔猫佯谬”和“宏观 .... 宏观属性意味着组成仪器的粒子数目很大;当N 趋近无穷大时,他们证明了与仪器相互 ...... 宏观物体所处的环境的内部随机运动,会与宏观物体的集体自由度耦合起来。 ...... von Neumann Chain in quantum measurement and the Schroedinger ...
家园 所有这一切都没有解释 所有这一切都没有解释最后一步how wavefunction collapses，所以本质上他们把模型弄得再复杂，那其实都是包装，最核心的问题依然没有回答。
家园 你的这个问题没看明白。。。
家园 感觉这个还是很玄的 首先感谢楼主辛勤翻译介绍科学前沿。
个人感觉在进化过程中，这种宏观量子效应一般应该是百尺竿头更进一步的东西。比如这个FMO的机制主要应该还是个精细的光电化学车间的水平。利用相干来提高效率大概也是这个车间造好了之后进一步进化的产物。记得十年前左右看过一些生物物理的论文，里面都是非常粗糙的模型，很多重要数据连个数量级都定不下来（给出的数量级范围跨度在5个数量级以上）。大概除了研究光和磁以外，还能研究一下生物声学上的声波相干问题。不过这个和量子没啥关系，也许骗不到钱。另外，不知道生物系统里面有没有眼睛自然镀膜的研究。
家园 【原创】量子生物学III 光合作用中的量子相干能量输运（中）
量子性质
正如前述，Engel等人在2007年直接表明了在FMO复合体内存在在显著时间和空间尺度上的量子相干。他们所展示光谱测量表明在低温（77K即约零下196摄氏度）的时候处于激发态的电子穿过FMO复合体内多个色素时的量子相干动力学。从那时起大量的研究相光文献开始涌现；进一步的实验表明在室温的时候，这个量子相干可能维持到300fs（1fs = 10^(-15)s）！（注：这个实验结果也让我很惊讶，在室温之下，在生物体内这样的一个复杂环境里，量子相干的维持的时间可达到1/1000纳秒，量子相干可比害羞的小姑娘还要害羞，我很好奇是怎样的机制保持了这样的相干，相关的能量尺度可能是一个，但是那其实是不够的）如果量子相干在FMO复合体内（及其他的光捕获装置）可以室温之下存在，那这个量子相干是用来干吗的呢？正如我们马上在下一节主就要讨论的，一个典型的回答是为了获得更高的输运效率；大量的理论模型被建立起来试图解释为何自然界在室温之下,比较于经典过程,仍然是在FMO内利用量子相干转移激发态的电子会更有效率?以及自然界是如何实现这更有效率的过程?最接近的可以用于比较这量子接应原经典模型是Forster模型，在该模型中，不同分子之间的激发态的电子传输被视作是不相干的，并且进一步忽略所有的分子之间的相干和叠加。人们应当注意到，系统中的多个分子之间的光激发引起的相干退局域化自然的表现为激子本性（注：这里激发态的电子被看作某种形式的准粒子），这一激子本性也很重要并且强烈的影响了谱的性质以及复合体内的能量弛豫，这些应当也当被独立的讨论。
初看，在室温下在一个生物系统内部观测到了量子相干是相当惊人的。然而，即便是非常初步的相关的能量尺度的比较都表明了在光合装置内量子效应应当很重要。这些能量尺度是：环境温度大概300K；在FMO复合体和蛋白质环境之间的耦合强度大约为100cm^(-1)（注： 转换为温度约对应于300K，用de Broglie关系转换成波长，再转成能量，再转成温度）；在BChl分子之间转移的激发态的电子耦合强度约为100cm^(-1)（注同前）。精确的计算或衡量在光合作用中象FMO这样的复合体里的能量和耦合强度是基于光谱信息和第一性基于原子模型的量子化学方法的组合给出的。幸运的是，FMO是最广泛的被研究的模型之一，并且一般来说测量数值和理论计算值之间能达到定量的吻合！
环境辅助输运
人们会主张FMO复合体是使单个的激发态从离“天线”最近的BChl-a分子输运到离反应中心最近的BChl-a分子的传输效率最大化（参见II中的图）。为此，除去先前提及的能量和耦合，还存在两种很重要的时间尺度需要考虑。一个是激子离开靶分子到反应中心的速率（约1ps，这非常快）；另一个是由于荧光弛豫而引起的激子在任意一个BChl分子上的丢失速率（约1ns）。所以在输运能量到反应中心的过程正是是这后面这一丢失率是要被克服的。引人注目的是，相较于荧光弛豫时间（约1ns），激子总是更快被输运到反应中心！
那么量子相干是如何在能量传输过程中帮助激子到达其想到达的目的呢？人们提出了几个有一定道理的物理解释。一些理论方法把蛋白质环境看作一个马尔科夫且无关联的热浴。这意味着FMO内的每一个分子单独的感受到共周边的随机的环境噪声。这样的处理方式建议激子传输的相干和执涨落环境的组合产生了能级展宽的效应。简单的依此发展的模型预言这将允许激子相对容易的离开在FMO复合体的能量位形的局域极小(注：举个简单的例子，如果把能量写成位置的函数，在图上画出来，你就得到了一个能量关于位置分布的位置，自然界中的东西总是习惯于呆在能量最低的位置就是对应于你所画出的曲线的某一极小值附近)。别的作者证实激子的相干动力过程也会促成（无相干）的从离反应中心最近的分子到反应中心快速转移。他们显示了量子相干演化和无相干的遂穿间的通力合作产生了一个高效率的能量势阱，将高能状态吸引到反应中心。(注：越来越有趣，呵呵)
从这篇里大家有没有学到啥？物理其实就是一种philosophy，在这种philosophy内最重要的思想之一就是“数量级”，如果你能迅速的看穿一个体系内的各种复杂过程的主要数量级，你就能很快抓住复杂体系内部的物理过程，从而抓住问题的要害！
本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 4"bio":自然光場=非马尔可夫热库, amazing "在室温之下，在生物体内这样的一个复杂环境里，量子相干的维持的时间可达到1/1000纳秒，量子相干可比害羞的小姑娘还要害羞"
there is one indian guy living but without"food 4ever(?:)" as bbc reported once, he basically lives on 自然光場=非马尔可夫热库, just like a tree?
in qm communication, ustc did manipulated some kind of "频率环境" making it a 非马尔可夫热库, so their "s-cat"baby can move around with it, I remember reading it somethere.
My current "research" is kind of "penrose objective reduction" stuff, "pure" theorectical modelling, kind of qm related, and I hope to get some apps models out of it.
In general, for human race, it is hard to live on 自然光場=非马尔可夫热库, as efficient as a tree, but our "qm" kind of figured all these things out, though still "a work in progress", and it is a just start, many amazing apps will come out
ustc:
"制备出高纯度纠缠光子对，并将其中一个光子的偏振比特作为量子系统，其频率（或者说波长）作为环境，然后通过石英片的双折射效应把量子系统与环境耦合起来，实现量子系统在环境中的演化。他们创造性地在光路中加入特制的法布里-玻罗腔，通过改变法布里-玻罗腔的转动角度，利用另外一个光子辅助探测，观察到开放系统的动力学演化在马尔科夫过程和非马尔科夫过程之间的突变现象：即转动到某个角度，环境的马尔可夫性突然消失，变成非马尔可夫环境，而当继续转动到另一个角度时，环境的非马尔可夫性又突然消失，变成马尔可夫环境。从而实现了对环境（光子频率）的调控"
家园 马尔可夫热库=our hot brain? "环境的非马尔可夫性又突然消失，变成马尔可夫环境"
In a very general sense, for us human race, 自然光場=马尔可夫热库, 光譜 all over the places , kind of like "heat", "low info & high entropy";
but some times in in macro,"环境的马尔可夫性又突然消失，变成非马尔可夫环境", "macro qm"?
But apparently, our "raw" body/mind are not "qm" trained to tell 马尔可夫性 vs non-马尔可夫性, in that sense, it is often too "hot" and therefore "stupid", the term used in my previous comments.
家园 Paper on arXiv? Hi,do you have any paper on arXiv? I want to take a look to see if it would have applications in real systems. My current research focuses on studying thermodynamic and dynamic behavior near quantum critical point (the latter one is harder then previous). Quantum critical point is a singular point when system undergoes quantum phase transition. Near this point, a lot of universal behaviors will show up. The physics near this point is very important for us to understand quantum nature in many-body systems.