The Secrets of Quantum Physics 2of2《量子力學揭秘（2014）（下）》完整中英文對照劇本

量子力學揭秘

生命在此

吉米·卡利里教授

薩里大學

量子知更鳥

亨利克·莫里特森教授

奧爾登堡大學

量子鼻

詹妮弗·布魯克斯博士

倫敦大學學院

科林·貝爾頓

洛根植物園

量子蛙

安德里亞·賽拉教授

倫敦大學學院

量子樹

亞歷山德拉·奧拉亞-卡斯特羅博士

倫敦大學學院

安德里亞·賽拉教授

倫敦大學學院

量子蝸牛

亨利克·莫里特森教授

奧爾登堡大學

歡迎來到這個新奇的自然世界

Welcometoanewandverystrangeworldofnature.

這里已是量子力學中

It'sbeentakenoverbytheweirdsubatomicparticlesof

亞原子粒子的天下

quantumphysics.

作為一名物理學家我窮其一生都在研究

Asaphysicist,I'vespentmyworkinglifestudying

這些粒子到底都具有哪些特性

howtheseparticlesbehaveinthelaboratory.

但現(xiàn)在我將要走出實驗室來到大自然

ButnowI'mheadingoutintothenaturalworld.

去執(zhí)行一項任務(wù)來證明量子力學

I'monamissiontoprovethatquantumphysicscansolve

可以揭開生物學中最大的謎題

thegreatestmysteriesinbiology.

這對我而言是一次真正的挑戰(zhàn)

Thisisarealadventureforme.

我將竭盡所能利用我在物理實驗室中

I'mverymuchoutofmycomfortzonetryingtoapply

那些所熟悉的高深的物理學理論

theverycarefulideasI'mfamiliarwithinaphysicslaboratory

來闡釋這紛繁復(fù)雜世界中的生靈萬物

tothemessyworldoflivingthings.

我堅信量子力學中蘊含著眾多生命的秘密

Ibelievethatquantumphysicscouldholdmanyoflife'ssecrets.

在生靈萬物的細胞深處

Thatdeepinthecellsofanimals,

粒子猶如魂魄般在細胞壁間穿梭

particlesglidethroughwallslikeghosts.

當植物俘獲陽光

Thatwhenplantscapturesunlight...

這些光波將會同時入射到

..Theircellsareinvadedbyshimmeringwaves

植物中各個細胞

thatcanbeeverywhereatthesametime.

而即便是我們自身的感官

Andthatevenourhumansenses

也會與這靈異的量子振動相協(xié)調(diào)

aretuningintostrangequantumvibrations.

在這奇妙的量子生物學世界

Inthefantasticworldofquantumbiology,

生命只是一場概率游戲

lifeisagameofchance,

而規(guī)則由量子力學所掌控

playedbyquantumrules.

我想讓各位所相信的是

ThisiswhatIhopetoconvinceyouof,

量子力學在解釋眾多重要的生命過程中

toshowyouthatquantummechanicsisessentialinexplaining

起到了關(guān)鍵的作用而潛在來說

manyoftheimportantprocessesinlife,andpotentially,that

量子力學甚至可能是

quantummechanicsmayevenunderpin

生命存在的基礎(chǔ)

theveryexistenceoflifeitself.

我的疑問始于自然界中最壯麗的景象

Myquestbeginswithoneofthemostmajesticsightsinnature.

遷徙

Migration.

每逢冬季黑雁總會如期飛抵

Everywinter,barnaclegeesearriverightoncue

這條涓涓流淌的蘇格蘭河

atthesameScottishriver.

而其起點則是遠在北極圈腹地

Theendofanepic2,000-milevoyagefromSvalbard,

近2000英里的斯瓦爾巴特群島

highabovetheArcticCircle.

當然還有許多鳥類會南下過冬

Ofcourse,manybirdsheadsouthforwinter

再北上避暑

thenbackhomeforsummer.

但是多年來鳥類到底是如何精確地進行導(dǎo)航

Butfordecades,exactlyhowbirdsnavigatedwithsuchaccuracy

仍是生物學界最大的謎團之一

wasoneofthegreatestmysteriesinbiology.

而最近的發(fā)現(xiàn)則掀起了不小的轟動

Sothemostrecentdiscoveryhascausedasensation.

在過去幾年中

Inthepastfewyears,

有一種鳥類曾引發(fā)了一場科技變革

onespeciesofbirdhashelpedcreateascientificrevolution.

而我和許多物理學家一樣對其發(fā)現(xiàn)大為震驚

Iwasoneofmanyphysicistswhowasshockedtodiscoverthatit

因為這種鳥使用了一種在整個科技界看來

navigatesusingoneofthestrangesttricks

都頗為奇特的導(dǎo)航方式

inthewholeofscience.

它竟利用了奇妙的量子力學

Itutilisesaquirkofquantummechanics,

而這其中的原理曾困惑過許多偉大的物理學家

onethatbamboozledeventhegreatestofphysicists,

如理查德·費曼甚至還有阿爾伯特·愛因斯坦

fromRichardFeynmantoAlbertEinsteinhimself.

所以當你探索這神秘的物種時

Soyoumightbesurprisedtodiscovertheidentityofthis

會感到些許驚訝

mysteriouscreature.

和量子知更鳥打個招呼

SayhellototheQuantumRobin.

這是歐洲知更鳥

ThisistheEuropeanrobin.

每年它會從歐洲北部

Everyyear,shemigratesfromnorthernEurope

遷徙到南端的西班牙并如此往返

tothetipofSpainandback.

在這片叢林中的實驗室里

Inthislaboratoryinthewoods,

生物學家亨利克·莫里特森試圖解開

biologistHenrikMouritsenistryingtosolvethemystery

知更鳥導(dǎo)航的秘密

ofhowshedoesit.

但他卻陶醉在了自我的世界當中

Buthe'sfoundhimselfinmyworld,

即那個奇妙的量子世界

thestrangeworldofquantummechanics.

在量子力學中講述了具有詭異特性的

Quantummechanicsdescribestheveryweirdbehaviourof

亞原子粒子

subatomicparticles.

進入到這個微觀世界

Downinthisrealmoftheverysmall,

我們必須摒棄常識與直觀的思考方式

wehavetoabandoncommonsenseandintuition.

相反這是一個物質(zhì)可以像波那樣傳播的世界

Instead,thisisaworldwhereobjectscanspreadoutlikewaves.

量子粒子可以同時身處多地

Quantumparticlescanbeinmanyplacesatonce

并互相進行神秘的通信

andsendeachothermysteriouscommunications.

我愿本打算弄清楚鳥是如何找到方向的

Isetouttounderstandhowthebirdfindsitsway,

但實驗的結(jié)果

butitjustturnedoutthatthedata

則越來越多的指向于

moreandmorepointedtowardsthisas

這唯一的解釋

theonlyexplanation

而這也是唯一能解釋所有不同實驗結(jié)果的答案

thatcouldbringallthedifferentresultstogether.

亨利克在探究的是一個長久以來的理論

Henrik'sinvestigatingalongstandingtheory-

即知更鳥通過地磁場來導(dǎo)航

thatrobinsnavigatebytheEarth'smagneticfield.

他的實驗室是一個絕妙的磁鳥籠

Hislaboratoryisaningeniousmagneticbirdcage.

而這些用非防刮紙做襯里的塑料錐形薄膜

Andtheseplasticconeslinedwithscratch-sensitivepaper

則提供了極其關(guān)鍵的測量數(shù)據(jù)

providethekeymeasurements.

亨利克的人工磁場

Henrik'sartificial

和地磁場幾乎相同只不過

magneticfieldisliketheEarth's,exceptthat

他可以任意改變磁場的方向

hecanpointitinanydirectionhelikes.

在他的錐斗中知更鳥總是順勢著磁場方向

Insidetheircones,therobinsalwaysrespondtothefield,

并在這一方向上留下刮痕

leavingscratchesinasingledirection.

但最神秘的是它如何感知

ThebigmysteryisHOW.

地磁場極其微弱

TheEarth'smagneticfieldisincrediblyweak,

以至于任何生物都難以探測到

fartooweakforanylivingcreaturetodetect.

但當亨利克給知更鳥套上頭套后

ButHenrikhasfoundanintriguingclue

卻發(fā)現(xiàn)了一個有趣的線索

bygivingtheQuantumRobinamask.

我們將一個皮頭套

Wehavealittleleather

就是類似于套在獵鷹上面的那種

hoodsimilartowhatyouputonafalcon,

套在了是知更鳥上

youknow,butjustforarobin,

然后在上面留個洞露出一只眼

andyouhavethenaholeinfrontofoneeye

或者露出另一只眼

oraholeinfrontoftheothereye.

而通過此我們發(fā)現(xiàn)

Andwhatwecanseeisthat

如果遮住了右眼

ifyoucoveruptherighteye,youturnoff

那么就關(guān)閉了大腦左半部分的磁場感知功能

theirmagneticcompassprocessingintheleftpartofthebrain.

如果遮住這只眼

Ifyoucoverupthiseye,

那么轉(zhuǎn)而會關(guān)閉大腦這半部分的感知功能

youturnthecompassoffinthispartofthebrain.

知更鳥的眼睛中似乎藏有磁羅盤

Therobin'smagneticcompassseemstobeinhereyes.

我會用我的眼睛來演示這其中原委

Icanshowyouwhat'sgoingonusingmyowneye.

我們通常都用眼睛來獲取圖像

Now,weuseoureyesforvision,

但我們的眼睛還有另一個光探測機制

butwealsohaveasecondlight-detectingmechanism.

如果用手電照射我的眼睛

IfIshinethistorchintomyeye,

你能看到我的瞳孔會縮小

youcanseethatmypupilclosesdown.

這算是一種防御機制用來保護我的眼睛

It'sbasicallyadefencemechanismtoprotectmyeyes.

我的眼睛會對光粒子做出反映——即光子

Myeyeisrespondingtoparticlesoflight-orphotons.

光子所攜帶的能量

Theenergyprovidedbythephotons

顯然足夠刺♥激♥產(chǎn)生化學反應(yīng)

isclearlyenoughtoactivatechemicalreactions.

畢竟正是如此才能控制我眼部的肌肉

Afterall,that'swhatcontrolsmyeyemuscles.

而光同樣會在知更鳥的眼睛中

Lightmustbecausingsimilarchemicalreactions

引起相同的化學反應(yīng)

intherobin'seyes.

事實上入射到眼中的光子

Infact,it'sthepowersupply

驅(qū)動著一種特殊形式的磁羅盤

forauniqueformofmagneticcompass...

這深藏于細胞之中

..Insidehercells...

游弋于詭異的亞原子粒子世界

..Intheweirdworldofsubatomicparticles...

在這里僅有量子力學

..Aplacewhereonlyquantumphysics

可以解釋一切

canexplainwhat'sgoingon.

試著想象在知更鳥眼中的化學反應(yīng)

Toseewhy,imaginethechemicalreactionsintherobin'seye

發(fā)生在能量谷之間

takingplaceinmountainsandvalleysofenergy.

為了能觸發(fā)反應(yīng)

Togetareactiontostart,

你首先需要把分子推到山頂

youhavetopushmoleculestothetopofamountain.

多虧了亨利克的實驗

ThankstoHenrik'sexperiments,

我們現(xiàn)在才知道光在其中出了很多力

wenowknowthatlightdoesmostofthehardwork.

但當其達到最頂端時

Butwhenitreachestheverypeak,

即使是最輕微的觸碰都會使分子在山頂發(fā)生偏移

themoleculebecomesincrediblysensitivetotheslightesttouch.

現(xiàn)在的重點在于知更鳥的化學磁羅盤

Thekeypointhereisthattherobin'schemicalcompassisnow

正平衡于兩個能量谷之間的峰頂

balancedonanenergypeakbetweentwovalleys.

若其向一方偏移則會產(chǎn)生一類化學產(chǎn)物

Goingonewayproducesonesetofchemicalproducts-

若向另一方偏移則化學產(chǎn)物會是另一類

theother,adifferentset.

現(xiàn)在即便地磁場發(fā)生最細微的改變

Now,evenatinychangeintheEarth'smagneticfieldcantipthe

也會使分子倒向谷底

moleculeoverthetop,

但是這卻違背常識

butthewaythishappensdefiescommonsense.

最后一個難題的解決

Thefinalpieceofthepuzzle

則取決于物理學中

dependsononeofthetruly

一個令人難以置信的想法

mind-bogglingideasinphysics.

但如果你發(fā)現(xiàn)這難以理解

Butdon'tworryifyoufindit

并無大礙

hardtounderstand-

因為即使是愛因斯坦

evenAlbertEinstein

也稱其為"幽靈"

calledit"Spooky".

這個想法就是量子糾纏

Theideaiscalledquantumentanglement.

其中講到兩個粒子之間的通信速度

Itinvolvesparticlesthatseemtocommunicatefaster

似乎比光速還要快

thanthespeedoflight.

在1935年愛因斯坦發(fā)表了一篇著名的論文

In1935,Einsteinpublishedafamouspaper

認為這根本不可能

arguingthatitwasimpossible.

但愛因斯坦錯了

ButEinsteinwaswrong.

近些年來一些極其精準的實驗顯示

Inrecentyears,extremelydelicateexperimentshaveshownthat

亞原子粒子確實存在糾纏

subatomicparticlesreallyareentangled.

這就意味著

Itmeanstheycansubtly

兩者即使在宇宙兩端也能瞬間影響著彼此

andinstantaneouslyinfluenceeachotheracrossspace.

而這也說明

Andnowitseemsthesame

似乎同樣的事情也發(fā)生在知更鳥的眼中

thingisgoingoninsidetherobin'seye.

當一個光子進入知更鳥的眼睛

Whenaphotonenterstherobin'seye,

會產(chǎn)生一對所謂的糾纏電子

itcreateswhat'scalledanentangledpairofelectrons.

而每個電子都具有兩種可能的狀態(tài)

Here'showitworks.Eachelectronhastwopossiblestates.

為了便于理解我把它們稱為紅和綠

Forsimplicity,I'mchoosingtocallthemRedandGreen.

而奇怪的就在于此

Now,here'stheweirdthing.

除非我測量它們否則二者不分彼此

UntilImeasureit,it'sneitheronenortheother,

但卻又能同時區(qū)分開來

butbothatthesametime.

把這些電子想象成轉(zhuǎn)盤

Thinkoftheelectronslikespinningdiscs.

它們即是紅也是綠

They'resimultaneouslyredANDgreen.

當我發(fā)射一個飛鏢時

Butbyfiringadart...

就可以迫使第一個電子成為二者之一

..Icanforcethefirstelectrontobeoneortheother.

這么看來這就像是一場概率游戲

Sofar,it'sjustagameofchance.

除非我發(fā)射飛鏢否則不會知道結(jié)果

Idon'tknowwhatI'llgetuntilItryit.

那么既然我知道了第一個電子是紅色

SoIknowmyfirstelectronisred.

假設(shè)我現(xiàn)在測量第二個電子

SupposeInowmeasurethesecondelectron.

你定會認為我獲得紅或綠的可能性各為一半

You'dthinkI'dhavea50/50chanceofgettingredorgreen.

畢竟這種認為

Afterall,that'swhat

是按照常理所做出的

you'dexpectinthenormal,everydayworld.

但是你錯了

Butyou'dbewrong.

在量子糾纏理論中兩個電子存在神秘的聯(lián)♥系♥

Inquantumentanglement,theelectronsaremysteriouslylinked.

例如如果我首先得到紅色

Forexample,ifIgetredonthefirst...

那么我之后得到的總是紅色

..IALWAYSgetredonthesecond.

這個游戲毫無概率可言

It'snotagameofchanceanymore.

就好像第一個電子

It'sasifthefirst

一直在告訴著第二個該如何去做

electronistellingthesecondonewhattodo.

這也就是為何愛因斯坦稱它們是幽靈

That'swhyEinsteincalleditspooky.

無論它們相隔多遠

Theelectronsseemtoknowthat

電子似乎都知道

theyshouldbothhavethesamecolour,

它們應(yīng)該具有相同的顏色

nomatterhowfaraparttheyare.

而真正的重點在于

Thereallyimportantpartisthat

兩個電子并不需要具有相同的顏色

thetwoelectronsneedn'tbethesamecolour.

它們可以其他方式發(fā)生糾纏

Theycanbeentangledinadifferentway,

所以如果第一個電子是紅色

sothatifthefirstelectronisred...

那么第二個總是綠色

..Thesecondoneisalwaysgreen.

這種神秘的聯(lián)♥系♥似乎是

Itseemsthatthismysteriousconnectionistheultimatesecret

量子知更鳥羅盤的終極秘密

oftheQuantumRobin'scompass...

因為地磁場的方向

..BecausethedirectionoftheEarth'smagneticfield

可以影響其狀態(tài)

caninfluencetheoutcome.

靠近赤道時它們更像是紅-紅

Neartheequator,theymaybemorelikelytobered-red.

而臨近極點時它們則可能變?yōu)榧t-綠

ButnearthePole,theymaybemorelikelytobered-green.

而這也是打破知更鳥化學羅盤平衡的

Andthat'sthevitalfactorthatfinallytipsthebalanceof

重要原因

therobin'schemicalcompass.

地磁場的細微振動都可能影響

TinyvariationsintheEarth'smagneticfieldchangetheway

知更鳥眼中電子的糾纏方式

electronsintherobin'seyeareentangled,

而這也足以改變它的磁羅盤

andthat'sjustenoughtotriggerhercompass.

現(xiàn)在我們終于知道如此微弱的地磁場

Now,finally,wecanseehowsomethingasweakastheEarth's

是如何讓知更鳥感知磁場方向

magneticfieldcantipthatbalanceonewayortheother.

如磁場改變

Ifthemessagechanges,

則發(fā)生在知更鳥眼中的化學反應(yīng)也會改變

thechemicalreactiontipsadifferentway...

并影響其對于磁場的判斷

..Changingtherobin'scompassreading.

突然之間我們發(fā)現(xiàn)在鳥類中也存在著

Suddenlyitlookslikeit'safundamentallyquantummechanical

量子力學現(xiàn)象

phenomenoninbirds.

若非首次這在生物學界也算是史無前例了

Itwouldbeoneofthefirst,ifnotTHEfirst,inbiology.

生物學家們真要好好適應(yīng)這物理學的離奇之處

Biologistsbettergetusedtotheweirdnessofphysics.

知更鳥是通過這幽靈般的量子糾纏來導(dǎo)航

Therobinisnavigatingby"Spooky"Quantumentanglement.

想要看到這奧妙的量子效應(yīng)

Toseesubtlequantumeffects,

即使是在極端苛刻的物理實驗室環(huán)境之下

eveninacontrolled,austereenvironmentofaphysicslab,

也極其困難

isreallydifficult.

但知更鳥卻絲毫不費吹灰之力

Andyethere'stherobindoingitwithease.

這些實驗都是真實并得到過驗證但盡管

Theseexperimentsarerealandverifiable,andyeteventhough

我親眼所見

I'mseeingthemwithmyowneyes,

可我還是難以置信

Istillfindithardtobelieve.

鳥類的導(dǎo)航問題將物理學

Birdnavigationhasbroughtphysics

和自然融為一體形成了量子生物學

andnaturetogetherasthescienceofquantumbiology.

一個全新的世界正等待著我們?nèi)ヌ剿?/p>

There'sawholenewworldtoexplore.

但先驅(qū)們發(fā)現(xiàn)量子力學不僅僅影響著鳥類

Butitspioneershavefoundthatitdoesn'tjustaffectbirds.

它與我們每個人都息息相關(guān)

Itaffectseverysingleoneofus.

因為最近的實驗表明

Becausethelatestexperimentssay

量子物理此時此刻就發(fā)生在你的身上

you'redoingquantumphysicsrightnow.

無論你相信與否在你的鼻中就正在上演

Andbelieveitornot,you'redoingitwithyournose.

你好吉姆

Hello,Jem!

你好

Hello.

嗨小家伙

Hello,littlegirl!Hello...

我們的嗅覺不同尋常

Oursenseofsmellisremarkable,

與其他的感官如視覺和聽覺有著天壤之別

andquitedifferentfromourothersensesofsightandhearing.

在數(shù)千種我們可以識別的氣味當中

Amongthethousandsofscentsthatwecanrecognise,

有許多或許可以

manyofthemmaywell

激發(fā)我們腦海深處那強烈的情感和記憶

triggerverypowerfulmemoriesandemotions.

這就好似我們對于氣味的感知

It'sasthoughoursenseofsmellis

直接和我們的內(nèi)在意識相連

wireddirectlytoourinnerconsciousness.

不同之處還表現(xiàn)在另一方面

It'salsodifferentinanotherway.

其他的感官

Theothersensesofsight

如視覺和聽覺都是在探測波

andhearingrelyonusdetectingwaves-

光波和聲波

lightandsound.

但是嗅覺則是在探測粒子

Butoursenseofsmellinvolvesdetectingparticles-

化學分子

chemicalmolecules.

最近科學家們逐漸意識到當遇到

Recently,scientistshavebeguntorealisethatwhenitcomesto

我們嗅覺的問題時總會有極其神秘的事情發(fā)生

oursenseofsmell,somethingverymysteriousisgoingon.

數(shù)十年來生物學家們認為他們已經(jīng)對于鼻子

Fordecades,biologiststhoughttheyknewexactlyhowournoses

如何分辨氣味的原理了如指掌

sniffedoutdifferentchemicals.

但物理學家詹妮·布魯克斯則認為

ButphysicistslikeJennyBrookesthinktherecouldbeanew

嗅覺之花的氣味遠不止如此

ingredientinthemix.

因為她嗅到了量子力學的味道

Anditsmellslikequantummechanics.

很多人談?wù)摰叫嵊X

Alotofpeoplespeakofthesenseofsmellandolfaction,

或是嗅覺這門科學

andthescienceofolfaction

似乎都認為這已被研究透徹

asbeingaproblemthat'sbeensolved

或是對其了如指掌——我們的確對其了解頗多

andweknowallaboutit-andwedoknowalotaboutit.

我們知道如何制♥造♥香料

Weknowabouttheingredients,

也能用儀器探測出氣味

weknowabouttheequipmentthatweusetosmell.

但我覺得對嗅覺的了解還不夠透徹

ButIwouldarguethatthere'salittlebitmoretounderstand.

為了深入探究我需要找個人幫我來做個嗅覺實驗

Tounderstandmore,Ineedsomeonetohelpmewithasmelltest.

而吉姆則需要把他找出來

AndJemisgoingtosniffhimout.

每個人身上都會釋放一些化學物質(zhì)

Everyhumanbeinggivesoffacocktailofchemicals.

這些溶解在市井之中的氣息

Jem'snosecoulddetectasinglegramofit

都將被吉姆的鼻子一一嗅出

dissolvedoveranentirecity.

所以讓她找到我想找的人易如反掌

SoshehasnotroublefindingthemanI'mlookingfor.

讓我來認識一下園藝師科林

MeetColinthegardener,

他是一個聞遍百花之香的人

amanwho'susedtosmellingtheflowers.

那么好科林

Right,then,Colin,

我要對你的嗅覺靈敏度做一個小測試

I'mgoingtoputyoursniffingskillstothetest.

沒問題-我專門挑選了一些化學試劑

Cool.-I'vegotaselectionofchemicalshere,

我想讓你告訴我當你聞到后想到了什么

andIwantyoutotellmewhattheyremindyouof.

好

Ok.

先來個簡單的

I'llstartyouoffeasily.

哦那個

Oh,that's...

有點像是薄荷薄荷味的鼻塞藥之類的東西

..Likeaminty,mintyvapourrub...Itis,yeah...Sortofthing.

沒錯確實是鼻塞時會涂抹在

Yeah,thisis...Somethingwhatyou'drub...

這是薄薄荷醇-薄荷醇沒錯但這是香精

Thisismen...menthol.-Menthol.Yeah.Butit'sthatessence.

那好接下來試試這個

Right,here'sthenextone.

你應(yīng)該能聞出來

Ah.Youshouldbeabletorecognisethisone.

讓我想起了和女兒一起烘焙

That'sbakingwithmydaughter.

糖粉之類的東西

Mm-hm.Erm,icingsugarsortofthing...

香草-香草沒錯

Vanilla.-Vanilla,yeah.

當我們的鼻子在探測氣味時

Whenournosesdetectachemical,

它們會向我們的大腦傳遞神經(jīng)信♥號♥♥

theyfireanervesignaltoourbrains.

但是不同的氣味會產(chǎn)生不同的神經(jīng)沖動

Butdifferentchemicalscreatedifferentsensations.

權(quán)威的解釋是不同的化學分子

Thestandardexplanationforthisistodowith

具有不同的形狀

theshapeofthemolecules.

這個經(jīng)典理論還要追溯到19世紀50年代

Theconventionaltheorythatgoesbacktothe1950s

那時就認識到

saysthatthescent

氣味分子具有特殊的形狀

moleculehasaparticularshapethatallowsit

從而能與我們鼻子內(nèi)部的感受器匹配

tofitintothereceptormoleculesinournose.

如果其具有正確的形狀那么就像手與手套一樣匹配

Ifithastherightshape,it'slikeahandinaglove,

或鑰匙與鎖相匹配

orakeyinalock.

實際上他們稱之為鎖鑰機制

Infact,it'scalledthelockandkeymechanism.

如果形狀不相符那么就無法與感受器匹配

Withthewrongshape,itwon'tfitintothereceptor.

而形狀如果相符化學分子就會與感受器匹配

Butwiththerightshape,itfitsintothereceptor,

從而激發(fā)特殊的神經(jīng)沖動知曉氣味

triggeringthatuniquesmellsensation.

不同的感受器與大腦的不同部位相連接

Differentreceptorsarewiredtodifferentpartsofourbrains.

所以當薄荷分子與其專門的感受器相匹配時

So,whenamentholmoleculelocksintoitsspecificreceptor,

就會激發(fā)薄荷這種氣味的神經(jīng)沖動

ittriggersthatmintyfreshsensation.

但是鎖鑰理論也有問題

Butthelockandkeytheoryhasalwayshadaproblem...

科林接下來的實驗就能說明原因

..AndColin'snexttestwillshowyouwhy.

好不如

OK,howabout...

試試這個

thisone?

氣味非常濃烈

Quiteastrongsmell.

哦這是

Oh,that's...

你想到了什么有什么浮現(xiàn)在你的腦海里

Yeah.Whatdoesitremindyouof?Whatdoesitconjureup?

哪段記憶

Whatmemories?

我想是圣誕節(jié)

IthinkChristmas.

圣誕蛋糕-沒錯是杏仁糖

Christmascake.-Yeah.Marzipan.

杏杏仁沒錯就是那個

Marz...marz...yeah,that'sit,yeah.

科林聞出了杏仁糖或者杏仁的味道

Colinidentifiedthesmellofmarzipanoralmonds.

事實上這是源于苯甲醛這種氣味分子

Infact,it'sduetoascentmoleculecalledbenzaldehyde.

而我沒有給他聞的

WhatIdidn'tgivehim

是這種分子——氰化物

tosmellwasthisotherchemical-cyanide.

這兩種物質(zhì)都具有相同的氣味

Bothbenzaldehydeandcyanidehavethesamesmell,

聞起來都像杏仁

theybothsmellofalmonds,

但是它們的分子結(jié)構(gòu)卻截然不同

butthesemoleculesarebothverydifferentshapes,

所以鎖鑰機制

sothelockandkeymechanism,

作為解釋嗅覺的原理顯然不夠完善

asanexplanationforhowwesmell,can'tbethewholestory.

那為何兩種不同形狀的分子卻聞起來一樣呢

Sowhywouldtwomoleculeswithdifferentshapessmellthesame?

量子生物學有一個匪夷所思解釋

Quantumbiologyhasahead-spinningexplanation.

他們認為鼻子并不是在聞化學分子

Itsaysournosesaren'tsmellingchemicalmolecules...

而是在聽它們

..They'reLISTENINGtothem.

其實分子的結(jié)構(gòu)外形無關(guān)緊要

It'snotjusttheshapeofascentmoleculethatmatters.

讓我們仔細觀察一下這個氰化物分子的結(jié)構(gòu)模型

Let'stakeacloserlookatthismodelofacyanidemolecule.

這里的白球代表氫原子

Thewhiteballhereisahydrogenatom,

而灰色的小棍是將碳原子和氮原子

andthegreysticksarethebondsthatholdittogether

連接起來的化學鍵

withthecarbonandnitrogen.

但事實上并非如此簡單

Buttherealityisn'tassimpleasthat.

為了讓你有更直觀的感受

Icangiveyouabettersenseofwhat'sgoingon

不妨看看這邊的白球

ifwelookatthislargerwhiteball.

你們看原子并不是固定在這一動不動

Yousee,atomsdon'tjustsitstill.

連接它的化學鍵就像振動的弦

Thebondsthatholdthemtogetherarelikevibratingstrings,

而這卻給我們一個全新的視角來認識嗅覺原理

andthatgivesusawholenewwayofthinkingaboutsmell.

這新奇的嗅覺量子解釋

Thebizarrenewquantumtheoryofsmell

其核心全在于振動的化學鍵

isallaboutvibratingbonds.

化學分子在為鼻子演奏音樂

Chemicalmoleculesareplayingmusicforournoses.

試想我鼻中的一個感受器就好似我的吉他

Imagineareceptormoleculeinmynoseislikemyguitar.

在能發(fā)出聲音前

Beforeitcanmakeasound,

一個氣體分子必須先進入到我的鼻中

ascentmoleculehastoentermynose,

當其到達指定位置時它的化學鍵

andwhenthatscentmoleculeisinplace,itschemicalbonds

就充當琴弦并準備演奏

providethestrings,andit'sreadytobeplayed.

感受器則會控制量子粒子

Thereceptormoleculescontainquantumparticles-

即電子

electrons.

當其從一個原子脫離到達另一個時它們就會振動

Astheyleapfromoneatomtoanother,theyvibratethebondsof

氣體分子的化學鍵

thescentmolecule,

就像我用手指撥動琴弦

likemyfingerspluckingaguitarstring.

這個理論令人印象深刻的是

What'sremarkableaboutthistheoryisthatittellsus

它告知我們嗅覺的核心在于分子的振動

oursenseofsmellisaboutthevibrationsofmolecules,

或其波動性

orwave-likebehaviour,

而與分子的結(jié)構(gòu)外形并無太大關(guān)系

andnotsomuchabouttheshapeofaparticularscentmolecule.

所以我們嗅覺產(chǎn)生的原理更像是聽覺

Oursenseofsmellmaybemuchmorelikeoursenseofhearing.

某種特定的分子比如草

Aparticularmolecule,saythatofgrass,

會具有特定的振動頻率

willvibrateataparticularfrequency.

但不同的分子如薄荷

Butadifferentmolecule,say,thatofmint,

則會具有不同的振動頻率

willvibrateatadifferentfrequency.

這就解釋了氰化物為何聞起來像杏仁

Thiswouldexplainwhycyanidesmellslikealmonds.

盡管兩種分子具有不同的結(jié)構(gòu)外形

Thetwomoleculeshavedifferentshapes,

但其化學鍵碰巧具有相同的

buttheirchemicalbondsjusthappentovibrate

振動頻率

atthesamefrequency.

在氣味分子中的持續(xù)振動

Theconstantvibrationintheodorantisalmost

實際上就是粒子發(fā)出的聲音

literallylikeaparticleofsound.

所以當我們說起聞氣味的過程時

So,yeah,we'resayingthattheprocessofsmellcouldbe

完全可以把其看作是聲共振現(xiàn)象

exactlylikeanacousticresonanceevent,

這個過程實際上十分類似用耳聽和用眼看

itcouldbeveryanalogousto,erm,hearingandseeing,actually.

但我們真的可以用鼻子去聽嗎

Butcanwereallybelisteningwithournoses?

奇異的理論必須要用奇異的實驗來驗證

Abizarretheoryneedsabizarreexperimenttotestit.

讓我們來看看原理

Here'showitworks.

這個分子有麝香的香氣如香水一樣

Thismoleculehasamuskyaroma,likeperfume.

但如果理論沒錯

Butifthetheoryisright,

那么我改變其振動的頻率

thenIshouldbeabletochangeitssmell

就能改變其氣味

bychangingitsvibrations.

麝香分子中包含了許多

Themuskymoleculecontains

與碳原子相連接的

lotsofhydrogenatomslikethis

氫原子

bondedtocarbonatoms,

但如果我將這些氫原子

butwhatifIweretoreplacealltheseatoms

全部用它的同位素氘來替換會怎樣

withadifferentformofhydrogencalleddeuterium?

這樣雖不會改變麝香分子的結(jié)構(gòu)外形

Now,itwon'tchangetheshapeofthemolecule,

但卻會改變其振動頻率

butitwillchangethewayitvibrates.

因為——氘的質(zhì)量是氫的兩倍

Andhere'swhy-deuteriumistwiceasheavyasnormalhydrogen,

所以自然其振動頻率就會減慢

andsoitvibratesmoreslowly.

由于不同的振動頻率意味著不同的氣味

Now,differentvibrationsmeandifferentsmells,

所以如果我想制♥造♥一種全新的化學物質(zhì)

soifIweretomakeanewformofthischemical,

用氘原子替代所有普通的氫原子

allpackedwithdeuteriumatomsinsteadofnormalhydrogen,

那么其氣味就會不同

itshouldsmelldifferent.

量子生物學家

Quantumbiologistsfound

則另辟蹊徑來進行這項實驗

auniquewaytocarryoutthisexperiment.

氣味對比

Asmellcomparison,

利用嗅覺最靈敏的鼻子來進行實驗

usingthemostsensitivenosestheycouldfind.

果蠅

Fruitflies.

首先果蠅被訓練排斥這種

First,thefliesweretrainedtoavoidthemodifiedversion

被改良的麝香分子

ofthemuskymolecule.

說實話

Tobehonest,

至于如何去訓練果蠅我毫無頭緒

Ihaven'tgotacluehowyougoabouttrainingafruitfly,

但事實上確實可行

butapparentlyyoucan.

在實驗室中果蠅必須通過某種迷宮

Inthelaboratory,theflieshadtopassthroughakindofmaze.

然后給予它們選擇

Theywerethengivenachoice.

右邊是香氣撲鼻的麝香

Gorightforthenice,muskysmell,

而左邊則是被改良的麝香

orleft,forthenasty,modifiedversion.

它們自然可以嗅出差別

Theycoulddefinitelysmellthedifference.

而且它們總會傾向于真正的麝香并飛向右邊

Theyalwayspreferredtheoriginalandturnedright.

果蠅的實驗則為證明嗅覺的量子理論可行性

Thefruitflyexperimentgiveshardevidence

提供了確鑿的證據(jù)

thatquantumsmelltheoryreallyworks.

然而最終這兩種理論相輔相成

Butultimately,itworksinharmonywiththelockandkeytheory.

首先氣味分子與感受器匹配

First,thescentmoleculefitsintothereceptor...

緊接著產(chǎn)生振動的分子上場

..Thenthosemolecularvibrationstakeover.

不可思議的是果蠅人類還有狗

Incredibleasitseems,flies,humans

都似乎在嗅著量子生物的美妙音樂

anddogsmaybesmellingthesoundofquantumbiology.

我們的嗅覺神秘而迷人

Oursenseofsmellisfascinatingandmysteriousasitis,

但當我們遇到某種氣味時

buttothinkthatwhenIencounteraparticularscent

腦海中的記憶與情感

andthatsetsoffawholewaveofmemories

就會噴涌而出

andemotionsinmymind,thatit'sunderpinned,

而事實上是被量子力學所激發(fā)

thatit'striggeredbyquantummechanics,

一想到這就感覺不可思議

Ithinkmakesitevenmoreremarkable.

量子物理這神秘的影響力已延伸到了

Themysteriousinfluenceofquantumphysics

自然界的每個角落

reachesintoeverycornerofthenaturalworld.

事實上它棲息于

Infact,itinhabitsthewalls

地球上每一個有生命的細胞之中

ofeverylivingcellonEarth.

因為最近的實驗揭示了

Becausethelatestexperimentssuggestamagicalsolution

自然界中最神秘的現(xiàn)象之一

tooneofthegreatestmysteriesofnature.

奇跡般的變♥態(tài)♥

Themiracleofmetamorphosis.

從一只蝌蚪變化成青蛙的過程

Thetransformationofatadpoleintoafrog

從未被完整詮釋過

hasneverbeenfullyexplained.

在短短的6周多時間里蝌蚪發(fā)生了蛻變

Inlittlemorethansixweeks,thetadpolebreaksdown,

逐漸長成它成年的樣子

thenreassemblesinitsadultform.

但未解之謎在于為何變化得如此之快

Butthebigmysteryishowithappenssofast.

當你仔細想想就會發(fā)現(xiàn)沒有什么比一只蝌蚪變成青蛙

Whenyouthinkaboutit,there'snothingmoreextraordinary

更令人感到驚奇了

thanatadpoleturningintoafrog.

比如它的尾巴

Takeitstail,forexample.

在短短的幾周之內(nèi)它便被吸收入蝌蚪體內(nèi)

Overaperiodofseveralweeks,itgetsreabsorbedintothebody

而其中的蛋白質(zhì)和肌肉纖維被重新拆分組合

andtheproteinsandfibresthatmakeuptheflesh

并得到循環(huán)利用從而重新長成青蛙的四肢

getrecycledtoformthefrog'snewlimbs.

但為此

Butforthistohappen,

需要協(xié)同進行數(shù)萬億次的化學反應(yīng)

trillionsandtrillionsofchemicalreactionsworktogether,

舊鍵斷裂

breakingmolecules,

新鍵生成它們表演了一場精心編排的舞蹈

formingnewonesinacarefullyorchestrateddance.

但那支撐著軀體并貫穿全身的肌肉纖維則極其堅韌

Butthefibresthatholdfleshtogetherarevery,verystrong.

它們就好像捆綁在我木筏上的繩子

They'reabitliketheseropesholdingmyrafttogether.

想要拆掉木筏

Inordertodismantletheraft,

我必須要解開這上面牢固的繩結(jié)

I'dhavetoundotheseverytightknots.

你可以將其做這樣類比

Youcouldthinkofitlikethis...

一只蝌蚪是由細長的蛋白質(zhì)繩所貫穿

..Atadpoleisheldtogetherbylongrobesofproteins

而由化學鍵相互連接

knottedtogetherbychemicalbonds.

這些化學鍵極其堅固并能保持數(shù)年

Thebondsaresostrongthattheyshouldlastforyears,

遠超出蝌蚪的平均壽命

muchlongerthanthetadpole'sentirelifespan.

那它是怎樣在短短幾周之內(nèi)就變成一只青蛙的呢

Sohowcanitturnintoafroginjustafewweeks?

而這答案則離不開

Theexplanationinvolves

生命中至關(guān)重要的一類分子

oneofthemostimportantmoleculesoflife.

所有細胞中都必備的工具酶

Tinywidgetsinallourcellscalledenzymes.

酶是細胞中的機器

Theenzymesaretheactualmachineryofthecell.

他們可以說是驅(qū)動細胞中

Theyareactuallythelittlemachinesinsidecells

人們?nèi)粘Ｉ?/p>

thatdothechemicaltransformations

所需化學反應(yīng)的小機器

thatareinvolvedineverydaylife.

至關(guān)重要

Theyareabsolutelycrucial.

而他們?nèi)绱酥匾脑?/p>

Andthereasonthey'resocrucialis

是他們能夠

becausewhattheyareabletodo

大幅度提高化學反應(yīng)的速率

istoacceleratechemicalreactionsbyenormousamounts.

我給你們展示在酶的作用下反應(yīng)有多快

Letmeshowyoujusthowquicklyenzymesgettowork.

這個瓶子里裝的是過氧化氫[雙氧水]

Insidethisbottleisasubstancecalledhydrogenperoxide.

你們應(yīng)該對此很熟悉

You'reprobablymostfamiliarwithit

漂白頭發(fā)時用到的就是它

asthechemicalusedtobleachhair.

事實上我就是從當?shù)乩戆l(fā)師那

Infact,Iobtainedthissample

拿到的這個樣品

frommylocalhairdressers.

人體中也會產(chǎn)生過氧化氫

Hydrogenperoxideisalsoproducedinthebody,

而分解它的工作交由肝臟完成

andit'sthejobofthelivertogetridofit.

分解的方式是通過使用一種酶

Thewayitdoesthatisusinganenzyme

將過氧化氫分解成水和氧氣

whichbreaksdownhydrogenperoxideintowaterandoxygen.

現(xiàn)在我要做一個展示

Now,toshowyoujusthowquicklythisenzymeworks,

告訴你這種酶的催化速率有多快

I'mgoingtodoaquickdemonstration.

這里有一些肝臟我把它們切碎了

I'vegotsomeliverherewhichI'vechoppedup

以便釋放出這種酶

inordertoreleasetheenzyme.

現(xiàn)在看看我把含有這種酶的碎肝

Now,watchwhathappenswhenIaddthislivermixture

添加進過氧化氫中會有怎樣的變化

containingtheenzymetothehydrogenperoxide.

看看氧的釋放速率有多快

Watchhowquicklytheoxygenisreleased.

僅僅100克肝臟小火箭就發(fā)射了近20英尺[約6米]

Just100gramsofliverfiredmyrocketnearly20feet.

肝臟中的這種酶使過氧化氫的分解

Liverenzymesmakethebreakdownofhydrogenperoxide

極其迅速

incrediblyefficient.

比通常反應(yīng)速率要快1萬億倍

Ithappensatrilliontimesfaster.

即在1后面加12個0

That'samillion,milliontimesfasterthanitwouldotherwise.

在變♥態(tài)♥過程中是酶

Inmetamorphosis,it'senzymes

拆解了蝌蚪的尾巴

thatdismantlethetadpole'stail.

而這意味著要打破

Andthatmeansbreakingdown

一種及其穩(wěn)定的蛋白質(zhì)

anincrediblytoughprotein

膠原蛋白

calledcollagen.

膠原蛋白是生命領(lǐng)域中最重要的

Collagenisoneofthemostimportantproteins

蛋白質(zhì)之一

inthebiologicalworld.

正是這種蛋白質(zhì)使我們的

It'stheproteinwhichactuallygivesthatresilience,

肌腱軟骨

thatelasticity

當然還有皮膚

totendons,tocartilage,

充滿彈性

andofcoursetoourskin,aswell.

而在蝌蚪的尾巴中它提供了

Andinthetailofthetadpole,itprovidesthekindofscaffold

支撐尾部結(jié)構(gòu)的腳手架

thatsupportsthatstructure.

當蝌蚪變♥態(tài)♥成為青蛙時

Now,whenthetadpole