Que é mecánica cuántica e como comezou? Se Max Planck non ignorase un mal consello, a revolución en atomística nunca comezaría. O momento clave chegou en 1878, cando un dos seus profesores preguntou ao mozo Planck se continuaría unha carreira de física. O profesor Philip von Jolly díxolle a Planck que atopase outro traballo. Dise que todos os descubrimentos importantes en física xa se fixeron, asegurou o profesor ao seu novo protexido.

Como Planck recordou máis tarde, von Jolly díxolle:

"A física pode continuar marxinalmente explorando ou ordenando isto e aquilo, pero o sistema no seu conxunto está ancorado e a física teórica está a piques de completarse".

Ao poñer unha desas pequenas cousas en práctica, resultou que finalmente o conseguiu Premio Nobel Planck e ela naceu mecánica cuántica. O incómodo detalle era un fenómeno moi común: Por que os obxectos irradian como se quentan? Todos os materiais, sen importar de que estean feitos, compórtanse igual a temperaturas crecentes: emiten vermello, amarelo e finalmente branco. Ningún físico do século XIX podería explicar este proceso aparentemente sinxelo.

O problema xurdiu como unha "catástrofe ultravioleta" porque a mellor teoría predixo que os obxectos quentados a temperaturas moi altas deberían emitir a enerxía de lonxitude de onda máis curta. Dado que sabemos que unha corrente forte non levará as lámpadas a tan enérxicos raios de morte, a física do século XIX claramente non tiña a última palabra aquí.

A enerxía pódese absorber

Planck atopou a resposta en 1900 co que se converteu nun éxito moderno. De feito, adiviñou que a enerxía só se pode absorber ou transmitir en cantos ou cantidades discretas. Foi un afastamento radical da física clásica, que afirmaba que a enerxía flúe nun fluxo continuo e continuo. Daquela, Planck non tiña ningunha xustificación teórica, pero aínda así resultou funcionar dese xeito. O seu cuántico limitou efectivamente a cantidade de enerxía que os obxectos quentados poderían liberar a calquera temperatura. Así que ao final non hai raios ultravioleta mortais.

Revolución cuántica

Comezou así a revolución cuántica. Tardaron décadas de traballo teórico de Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr e outros titáns da física para converter a inspiración de Planck nunha teoría completa, pero iso foi só o comezo, porque ninguén entendeu completamente o que pasou cos obxectos cando se quentaron.

A teoría resultante é a mecánica cuántica, que trata das partículas e as transferencias de enerxía no reino das partículas máis pequenas, derivadas da nosa experiencia cotiá e de todo o que é invisible para o noso torpe aparello sensorial. Non todo é completamente invisible. Algúns efectos cuánticos están ocultos á vista, aínda que son claros e fermosos, como os raios do sol e o brillo das estrelas, como algo que non se podería explicar completamente antes da chegada da mecánica cuántica.

Cantos fenómenos do mundo cuántico podemos experimentar na nosa vida diaria? Que información poden descubrir os nosos sentidos na verdadeira natureza da realidade? Ao final, como mostra a teoría orixinal, os fenómenos cuánticos poden estar xusto debaixo dos nosos narices. De feito, poden ocorrer nos nosos narices.

De cola cuántica

Que pasa no nariz cando espertas e cheiras a café ou unha porción de pan na túa tostadora inmortal? É só unha impresión para este órgano sensorial na cara. Como comentou Enrico Fermi, que construíu o primeiro reactor nuclear do mundo, unha vez cebolas fritas, sería bo entender como funciona o noso órgano sensorial.

Mecánica cuántica (© Jay Smith)

Entón estás deitado na cama pensando en facer unhas torradas frescas. As moléculas de fragrancia flúen polo aire. A túa respiración atrae algunhas destas moléculas na cavidade nasal entre os teus ollos, xusto por riba da boca. As moléculas únense á capa mucosa na superficie da cavidade nasal e quedan atrapadas nos receptores olfactivos. Os nervios olfactivos colgan do cerebro como os tentáculos dunha medusa, son a única parte do sistema nervioso central que está constantemente exposta ao mundo exterior.

O que sucede despois non está totalmente claro. Sabemos que as moléculas de olor únense a un dos 400 receptores diferentes da superficie da mucosa, non sabemos exactamente que e como este contacto crea a nosa sensación olfativa. Por que é tan difícil entender o cheiro?

Andrew Horsfield, investigador do Imperial College de Londres, di:

"En parte, é pola dificultade de realizar experimentos para comprobar o que está a suceder dentro dos receptores olfativos".

Como funciona o perfume

A explicación convencional de como funciona o cheiro parece sinxela: os receptores adoptan formas moi específicas de moléculas. Son coma peches que só se poden abrir coas teclas correctas. Segundo esta teoría, cada unha das moléculas que entran no nariz encaixa nun conxunto de receptores. O cerebro interpreta unha combinación única de receptores activados por moléculas, como o cheiro a café. Noutras palabras, sentimos as formas das moléculas. Non obstante, hai un problema fundamental co modelo de "apertura de chaves". "

Horsfield di:

"Podes ter moléculas con formas e composicións moi diferentes, todas as cales dan a mesma impresión".

Parece que hai que implicar algo máis que unha forma, pero que? Unha alternativa controvertida a este modelo suxire que o noso sentido se activa non só pola forma das moléculas, senón tamén pola forma en que estas moléculas vibran. Todas as moléculas vibran constantemente a unha frecuencia determinada, en función da súa estrutura. Podería o noso nariz dalgún xeito revelar as diferenzas nesas frecuencias vibracionais? Luca Turin, biofísico do Centro de Investigacións Biomédicas de Alexander Fleming en Grecia, cre que poden.

Teoría vibratoria do olor

Turín, que tamén se converteu nun dos principais expertos mundiais en perfumería, inspirouse na teoría vibratoria da fragrancia, proposta por primeira vez polo químico Malcolm Dyson en 1938. Despois de que Turín comprendera a idea de Dyson na década dos noventa, Turín comezou a buscar moléculas que lle permitisen facelo. proba. Centrouse en compostos de xofre que teñen un olor único e vibracións moleculares características. Turín necesitou entón identificar un composto completamente non relacionado, cunha forma molecular diferente do xofre, pero coa mesma frecuencia vibratoria, para ver se había algo como o xofre. Finalmente atopou unha, unha molécula que contiña boro. Definitivamente cheiraba a xofre. "Eu caín por iso", di, "non creo que sexa casualidade".

Desde que descubriu esta sensación olfativa, Turín reuniu probas experimentais para apoiar a idea e traballou con Horsfield para elaborar detalles teóricos. Hai cinco anos, Turín e os seus colegas deseñaron un experimento no que algunhas das moléculas de hidróxeno dunha fragrancia foron substituídas por deuterio, un isótopo de hidróxeno cun neutrón no núcleo, e descubriron que as persoas podían sentir tal diferenza. Debido a que o hidróxeno e o deuterio teñen as mesmas formas moleculares pero diferentes frecuencias vibracionais, os resultados suxiren de novo que os nosos narices poden detectar vibracións. Os experimentos con moscas da froita mostraron resultados similares.

¿Sentimos tamén vibracións?

A idea de Turín segue sendo controvertida: os seus datos experimentais dividían unha comunidade interdisciplinar de investigadores olfactivos. Pero se teñen razón e, ademais das formas, tamén sentimos vibracións, como o fan os narices? Turín especulou con que se podería incluír un efecto cuántico, o chamado túnel. En mecánica cuántica, os electróns e todas as demais partículas teñen unha dobre natureza: cada unha é unha partícula e unha onda. Isto ás veces permite aos electróns moverse a través de materiais como un túnel, dun xeito que se prohibiría ás partículas segundo as regras da física clásica.

A vibración molecular do olor pode proporcionar un salto de enerxía pola enerxía que os electróns necesitan para saltar dunha parte do receptor do olor a outra. A velocidade do salto cambia con diferentes moléculas, o que provoca impulsos nerviosos que crean no cerebro a percepción de diferentes cheiros.

Así, o noso nariz pode ser un detector electrónico sofisticado. Como poderían evolucionar os nosos narices deste xeito para aproveitar esas peculiaridades cuánticas?

Turín di:

"Creo que estamos subestimando esta tecnoloxía, por así dicilo, por unhas ordes de magnitude. Catro mil millóns de anos de investigación e desenvolvemento cun financiamento ilimitado son moito tempo para a evolución. Pero non creo que sexa o máis incrible que fai a vida ".