6 подписчиков
Читаю книгу Джим Аль-Халили, Джонджо Макфадден "Жизнь на грани".
Цитаты и выдержки ниже.
...
Теория Маркуса предлагает объяснение скорости, с которой электроны движутся и переходят из одних атомов и молекул в другие. За вклад в теорию переноса электронов Маркус удостоен Нобелевской премии по химии 1992 г.
...
Химики — Дон Де-волт и Бриттон Чанс доказали, что скорость переноса электронов ферментами дыхательной цепи не снижается при низких температурах. Чанса интересовал вопрос, как свет способствует передаче электронов от дыхательного фермента цитохрома к кислороду. Совместно с Мицуо Нишимура Чанс обнаружил, что перенос электронов из цитохрома к кислороду осуществляется внутри бактерии Chromatium vinosum даже при температуре –190 °C (температура жидкого азота). Затем Де-волт и Чанс провели эксперимент, в ходе которого рубиновый лазер подавал вспышку ярко-красного цвета в течение 30 наносекунд (30 миллиардных секунды) к бактериальным клеткам, заполненным дыхательными ферментами. При снижении температуры скорость переноса электронов также снижалась, пока при температуре 100 К (–173 °C) реакция с переносом электронов не стала протекать в тысячу раз медленнее, чем при комнатной температуре. Но, при 100 К (кельвинах), произошло странное: скорость переноса электронов не снизилась, а стабилизировалась и оставалась неизменной, пока температура не упала до –238 °C. Это означало, что механизм переноса электронов не работает только на основе «классических» скачков электронов и за ответом следует отправиться в квантовый мир, к квантовому туннелированию.
...
Квантовое туннелирование — это процесс, в ходе которого частицы преодолевают непреодолимые барьеры с той же легкостью, с какой звук проходит сквозь стены. Туннелирование открыто в 1926 году Фридрихом Хундом и успешно использовано Георгием Гамовым, Рональдом Гернеем и Эдвардом Кондоном для объяснения радиоактивного распада, причем все трое применили новую в то время математику квантовой механики. Квантовое туннелирование имеет огромное значение для земной жизни, поскольку именно благодаря ему пары положительно заряженных ядер водорода, находящиеся внутри Солнца, сливаются воедино, начиная процесс превращения водорода в гелий, при котором выделяется огромное количество солнечной энергии. Но, никто не предполагал, что туннелирование как-то связано с процессами, протекающими в живой материи.
...
Туннелирование — это способ, с помощью которого частицы, находящиеся по одну сторону барьера, попадают на другую его сторону. Под «барьером» мы подразумевается физически непреодолимый (без необходимого количества энергии) участок пространства — что-то похожее на силовые поля из научной фантастики.
...
Чем легче частица, тем легче она преодолевает энергетический барьер. Следовательно, наиболее распространено в квантовом мире именно туннелирование электронов, поскольку они представляют собой чрезвычайно легкие элементарные частицы.
...
Эмиссия электронов из металлов под действием электрического поля была описана в конце 1920-х годов как туннельный эффект. Туннелирование объяснило, как происходит радиоактивный распад: ядра определенных атомов, например урана, вдруг выбрасывают частицу. В современной химии также подробно описано туннелирование электронов, протонов (ядер водорода) и даже более тяжелых атомов. Важной особенностью туннелирования является его зависимость от волновой природы частиц. Тело, состоящее из большого количества частиц, которым необходимо преодолеть барьер, должно поддерживать условия, в которых волновые аспекты всех его составляющих подходили бы друг другу (например, совпадали бы длины волн). Иными словами, тело должно представлять собой когерентную систему (систему, работающую «в унисон»). Вот почему крупным объектам, например футбольным мячам, не свойственно квантовое туннелирование: они состоят из триллионов атомов, поведение и волновые свойства которых невозможно скоординировать и превратить в когерентную систему.
...
3 минуты
18 июля