How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks

Translator: Amin Rasoulof Reviewer: sadegh zabihi

I'd like to introduce you to an emerging area of science,

میخواهم که به شما یکی از عرصه‎های نوظهور علم را معرفی کنم،

one that is still speculative but hugely exciting,

عرصه ای که هنوز بر اساس حدس است ولی بسیار هیجان انگیز،

and certainly one that's growing very rapidly.

و بدون شک شاخه‎ای است که به سرعت در حال رشد است.

Quantum biology asks a very simple question:

زیست شناسی کوانتومی یک سوال ساده می‎پرسد:

Does quantum mechanics --

آیا مکانیک کوانتومی--

that weird and wonderful and powerful theory

این تئوری عجیب و فوق العاده و قدرتمندِ

of the subatomic world of atoms and molecules

دنیای زیراتمیِ اتمها و مولکول‎ها

that underpins so much of modern physics and chemistry --

که شالوده فیزیک و شیمی نوین است--

also play a role inside the living cell?

نقشی در درون یک سلول زنده ایفا میکند؟

In other words: Are there processes, mechanisms, phenomena

به بیان دیگر: آیا فرایندها، سازوکارها و پدیده‎هایی

in living organisms that can only be explained

در ترکیبات زنده وجود دارند که تنها توسط

with a helping hand from quantum mechanics?

دست یاری رسان مکانیک کوانتومی قابل توضیح باشند؟

Now, quantum biology isn't new;

زیست شناسی کوانتومی شاخه‎ای تازه نیست:

it's been around since the early 1930s.

از اوایل دهه ۱۹۳۰ وجود داشته است.

But it's only in the last decade or so that careful experiments --

ولی تنها دردهه اخیر یا همین حدود بوده که آزمایشهای دقیقی--

in biochemistry labs, using spectroscopy --

در آزمایشگاه های بیوشیمی بوسیله طیف سنجی--

have shown very clear, firm evidence that there are certain specific mechanisms

شواهد شفاف و قاطعی نشان داده‎اند که سازوکارهای مشخصی وجود دارند

that require quantum mechanics to explain them.

که به مکانیک کوانتومی برای توضیح دادن آنها احتیاج است.

Quantum biology brings together quantum physicists, biochemists,

زیست شناسی کوانتومی فیزیکدانان کوانتومی، بیوشیمیدانها،

molecular biologists -- it's a very interdisciplinary field.

و زیست شناسان مولکولی را گرد هم می آورد-- این شاخه‎ای بسیار بین رشته ای است.

I come from quantum physics, so I'm a nuclear physicist.

من از شاخه فیزیک کوانتومی هستم، من یک فیزیکدان هسته ای هستم.

I've spent more than three decades

من بیش از سه دهه صرف کردم

trying to get my head around quantum mechanics.

در تلاش برای اینکه از مکانیک کوانتومی سر در بیاورم.

One of the founders of quantum mechanics, Niels Bohr,

یکی از بنیانگذاران مکانیک کوانتومی، نیلز بوهر،

said, If you're not astonished by it, then you haven't understood it.

می‎گوید، اگر از آن شگفت زده نشده‎اید پس شما آن را نفهمیده‎اید.

So I sort of feel happy that I'm still astonished by it.

پس من به نوعی خوشحالم که هنوز از آن شگفت زده هستم.

That's a good thing.

این چیز خوبی هست.

But it means I study the very smallest structures in the universe --

اما این یعنی من کوچکترین ساختارهای عالم را مطالعه می‎کنم--

the building blocks of reality.

سنگ بنای واقعیت.

If we think about the scale of size,

اگر شما درباره مقیاس اندازه فکر می‎کنید،

start with an everyday object like the tennis ball,

با یک شی روزمره مثل توپ تنیس شروع کنید،

and just go down orders of magnitude in size --

بعد فقط چندین مرتبه دراندازه پایین بروید--

from the eye of a needle down to a cell, down to a bacterium, down to an enzyme --

از سوراخ یک سوزن تا یک سلول، تا یک باکتری، تا یک آنزیم--

you eventually reach the nano-world.

بالاخره به جهان نانو می‎رسید.

Now, nanotechnology may be a term you've heard of.

اکنون، شاید اصطلاح نانوفناوری را شنیده باشید.

A nanometer is a billionth of a meter.

یک نانومتر یک میلیاردمِ متر است.

My area is the atomic nucleus, which is the tiny dot inside an atom.

زمینه کار من هسته اتم است، که یک نقطه ریز درون یک اتم است.

It's even smaller in scale.

در مقیاس، این حتی کوچک تر است.

This is the domain of quantum mechanics,

این قلمرو مکانیک کوانتومی است،

and physicists and chemists have had a long time

و فیزیکدانان و شیمیدانان زمان درازی صرف کرده‎اند

to try and get used to it.

تا تلاش کنند و به آن عادت کنند.

Biologists, on the other hand, have got off lightly, in my view.

در سوی دیگر، زیست شناسان به نظر من، قسر در رفته‎اند.

They are very happy with their balls-and-sticks models of molecules.

آنها با مدل مولکولی توپ و میله خودشان خیلی خوشحال هستند.

(Laughter)

(خنده حضار)

The balls are the atoms, the sticks are the bonds between the atoms.

توپها، اتمها هستند و میله ها پیوند بین اتمها هستند.

And when they can't build them physically in the lab,

و وقتی که نمی‎توانند از لحاظ فیزیکی آنها را در آزمایشگاه بسازند،

nowadays, they have very powerful computers

این روزها، رایانه های بسیار قدرتمندی دارند

that will simulate a huge molecule.

که یک مولکول عظیم را شبیه سازی می‎کنند.

This is a protein made up of 100,000 atoms.

این یک پروتئین متشکل از صد هزار اتم است.

It doesn't really require much in the way of quantum mechanics to explain it.

این واقعا از روش مکانیک کوانتومی به کار زیاد برای توضیح احتیاج ندارد.

Quantum mechanics was developed in the 1920s.

مکانیک کوانتومی در دهه ۱۹۲۰ بسط پیدا کرد.

It is a set of beautiful and powerful mathematical rules and ideas

این یک مجموعه از قوانین ریاضی و ایده های زیبا و قدرتمند است که

that explain the world of the very small.

جهانِ بسیار کوچکها را توضیح می دهد.

And it's a world that's very different from our everyday world,

و این یک جهان کاملا متفاوت از جهان روزمره ما است،

made up of trillions of atoms.

تشکیل شده از میلیونها میلیون اتم.

It's a world built on probability and chance.

این یک دنیای بنا شده بر احتمالات و شانس است.

It's a fuzzy world.

این یک جهان درهم برهم است.

It's a world of phantoms,

این جهان اشباح است،

where particles can also behave like spread-out waves.

که ذرات هم می‎توانند مانند امواج گسترده رفتار کنند.

If we imagine quantum mechanics or quantum physics, then,

پس اگر مکانیک کوانتومی یا فیزیک کوانتومی را

as the fundamental foundation of reality itself,

به عنوان بنیان حقیقت تصور کنیم،

then it's not surprising that we say

بنابراین تعجبی ندارد که بگوییم

quantum physics underpins organic chemistry.

فیزیک کوانتومی اساس شیمی آلی است.

After all, it gives us the rules that tell us

بالاخره، این، قوانینی به ما ارائه میدهد که به ما می گوید

how the atoms fit together to make organic molecules.

اتمها چگونه به هم جفت میشوند تا مولکولهای آلی را بسازند.

Organic chemistry, scaled up in complexity,

شیمی آلی، وسیع از جنبه پیچیدگی،

gives us molecular biology, which of course leads to life itself.

به ما زیست شناسی مولکولی را ارائه میکند که البته به بحث حیات ختم می‎شود.

So in a way, it's sort of not surprising.

پس از یک جنبه، این به نوعی تعجب آور نیست.

It's almost trivial.

این تقریبا بدیهی است.

You say, "Well, of course life ultimately must depend of quantum mechanics."

شما می گویید، "خب، البته حیات نهایتا باید به مکانیک کوانتومی بستگی داشته باشد".

But so does everything else.

اما درباره همه چیز همین طور است.

So does all inanimate matter, made up of trillions of atoms.

به همچنین هر ماده غیر زنده ای، متشکل از میلیونها میلیون اتم.

Ultimately, there's a quantum level

در آخر، سطح کوانتومی وجود دارد

where we have to delve into this weirdness.

که ما باید در این عجیب بودن کاوش کنیم.

But in everyday life, we can forget about it.

ولی در زندگی روزمره، می‎توانیم این قضیه را فراموش کنیم.

Because once you put together trillions of atoms,

چون وقتی شما میلیونها میلیون اتم را کنار هم گذاشتید،

that quantum weirdness just dissolves away.

این عجیب بودن کوانتومی محو می‎شود.

Quantum biology isn't about this.

زیست شناسی کوانتومی در این باره نیست.

Quantum biology isn't this obvious.

زیست شناسی کوانتومی اینقدر واضح نیست.

Of course quantum mechanics underpins life at some molecular level.

البته مکانیک کوانتومی در سطح مولکولی بنیان حیات است.

Quantum biology is about looking for the non-trivial --

زیست شناسی کوانتومی درباره نگریستن به غیر بدیهی‎ها است--

the counterintuitive ideas in quantum mechanics --

ایده های بر خلاف انتظار عقل در مکانیک کوانتومی--

and to see if they do, indeed, play an important role

والبته، اینکه ببیند آیا آنها نقش مهمی در توضیح

in describing the processes of life.

فرایندهای حیات بازی می‎کنند.

Here is my perfect example of the counterintuitiveness

اینجا مثال بی نقص من درباره خلاف انتظار بودنِ

of the quantum world.

دنیای کوانتومی است.

This is the quantum skier.

این اسکی باز کوانتومی است.

He seems to be intact, he seems to be perfectly healthy,

او به نظر صدمه نخورده، او به نظر کاملا سالم است،

and yet, he seems to have gone around both sides of that tree at the same time.

با این حال، بنظر می‎رسد که او از هر دو سمت درخت همزمان رد شده است.

Well, if you saw tracks like that

بسیار خوب، اگر شما ردی اینچنین می‎دیدید

you'd guess it was some sort of stunt, of course.

می گفتید که البته این یک جور بدلکاری بوده است.

But in the quantum world, this happens all the time.

اما در جهان کوانتومی، این اتفاق همیشه رخ می‎دهد.

Particles can multitask, they can be in two places at once.

ذرات می‎توانند چند کار همزمان انجام دهند، آنها می‎توانند در یک لحظه در دو جا باشند.

They can do more than one thing at the same time.

آنها می‎توانند در یک زمان بیش از دو کار انجام دهند.

Particles can behave like spread-out waves.

ذرات می‎توانند مانند امواج گسترده شده رفتار کنند.

It's almost like magic.

این تقریبا مثل جادو است.

Physicists and chemists have had nearly a century

فیزیکدانها و شیمیدانها تقریبا یک قرن فرصت تلاش

of trying to get used to this weirdness.

برای عادت کردن به این عجیب بودن را داشته اند.

I don't blame the biologists

من زیست شناسان را سرزنش نمی‎کنم

for not having to or wanting to learn quantum mechanics.

برای اینکه مجبور نیستند یا نمی‎خواهند که مکانیک کوانتومی یاد بگیرند.

You see, this weirdness is very delicate;

می‎دانید، این عجیب بودن خیلی ظریف است؛

and we physicists work very hard to maintain it in our labs.

و ما فیزیکدانها سخت تلاش می‎کنیم که آن را در آزمایشگاه حفظ کنیم.

We cool our system down to near absolute zero,

ما سیستمهایمان را تا نزدیک صفر مطلق سرد میکنیم،

we carry out our experiments in vacuums,

آزمایشهایمان را در خلا انجام میدهیم،

we try and isolate it from any external disturbance.

ما تلاش می‎کنیم و آن را از هر مزاحمت خارجی مجزا میکنیم.

That's very different from the warm, messy, noisy environment of a living cell.

این خیلی متفاوت از محیط گرم، نامرتب و شلوغ یک سلول زنده است.

Biology itself, if you think of molecular biology,

اگر به زیست شناسی مولکولی فکر کنید، زیست شناسی به خودی خود،

seems to have done very well in describing all the processes of life

بنظر میرسد که در توضیح فرایند حیات در قالب شیمی--واکنشهای شیمیایی---

in terms of chemistry -- chemical reactions.

خیلی خوب عمل کرده است.

And these are reductionist, deterministic chemical reactions,

و اینها فرایندهای شیمیایی ساده کننده و قطعی هستند که نشان می‎دهند،

showing that, essentially, life is made of the same stuff as everything else,

به ضرورت، حیات از همان موادی که دیگر چیزها از آن تشکیل شده‎اند درست شده است،

and if we can forget about quantum mechanics in the macro world,

و اگر ما می‎توانیم بیخیال مکانیک کوانتومی در جهان کلان بشویم،

then we should be able to forget about it in biology, as well.

پس باید قادر باشیم که در زیست شناسی هم بیخیال آن باشیم.

Well, one man begged to differ with this idea.

خوب، یک مرد مودبانه با این ایده مخالفت کرد.

Erwin Schrödinger, of Schrödinger's Cat fame,

ِاروین شرودینگر، همان شرودینگرِ معروفِ گربه شرودینگر

was an Austrian physicist.

یک فیزیکدان اتریشی بود.

He was one of the founders of quantum mechanics in the 1920s.

او یکی از بنیانگذاران مکانیک کوانتومی در سالهای دهه ۱۹۲۰ بود.

In 1944, he wrote a book called "What is Life?"

در سال ۱۹۴۴، کتابی نوشت به اسم "حیات چیست؟"

It was tremendously influential.

این کتاب بسیار تاثیرگذار بود.

It influenced Francis Crick and James Watson,

این کتاب بر فرانسیس کریک و جیمز واتسون تاثیر گذاشت،

the discoverers of the double-helix structure of DNA.

کاشفان ساختار مارپیچ دوگانه ی DNA.

To paraphrase a description in the book, he says:

برای نقل به مضمون کردن از این کتاب، او می گوید:

At the molecular level, living organisms have a certain order,

در سطح مولکولی، ساختارهای زنده یک نظم ویژه دارند،

a structure to them that's very different

یک ساختار برای آنها که بسیار متفاوت است از

from the random thermodynamic jostling of atoms and molecules

تنه زدن های ترمودینامیکیِ اتمها و مولکولها

in inanimate matter of the same complexity.

در یک ماده غیرزنده با همان پیچیدگی.

In fact, living matter seems to behave in this order, in a structure,

در حقیقت ماده زنده به نظر می‎رسد که طبق این نظم رفتار کند، طبق یک ساختار

just like inanimate matter cooled down to near absolute zero,

درست مثل یک ماده غیر زنده که تا نزدیک صفر مطلق سرد شده است،

where quantum effects play a very important role.

جایی که اثرات کوانتومی نقش مهمی بازی می‎کنند.

There's something special about the structure -- the order --

یک نکته ویژه درباره ساختار وجود دارد--نظم--

inside a living cell.

درون یک سلول زنده.

So, Schrödinger speculated that maybe quantum mechanics plays a role in life.

پس، شرودینگر حدس زد که شاید مکانیک کوانتومی نقشی در حیات بازی می‎کند.

It's a very speculative, far-reaching idea,

این یک ایده منطبق بر حدسیات وسیع بود،

and it didn't really go very far.

و واقعا دستاورد زیادی نداشت.

But as I mentioned at the start,

اما همانطور که در ابتدا گفتم،

in the last 10 years, there have been experiments emerging,

در ده سال گذشته آزمایشهای نوظهوری بوده اند،

showing where some of these certain phenomena in biology

که نشان می‎دهند کجا تعدادی از این پدیده‎های خاص زیست شناسی

do seem to require quantum mechanics.

به نظر به مکانیک کوانتومی احتیاج دارند.

I want to share with you just a few of the exciting ones.

من فقط می‎خواهم چند نمونه هیجان انگیز را به شما نشان دهم.

This is one of the best-known phenomena in the quantum world,

این یکی از شناخته شده ترین پدیده ها در جهان کوانتومی است،

quantum tunneling.

تونل زنی کوانتومی.

The box on the left shows the wavelike, spread-out distribution

کادر سمت چپ توزیع موجی شکلِ گسترده شده

of a quantum entity -- a particle, like an electron,

یک موجود کوانتومی را نشان می‎دهد-- یک ذره، مانند الکترون،

which is not a little ball bouncing off a wall.

که یک توپ که از دیوار بر می‎گردد نیست.

It's a wave that has a certain probability of being able to permeate

این یک موج هست که احتمال مشخصی دارد که بتواند درون یک دیوار سخت نفوذ کند

through a solid wall, like a phantom leaping through to the other side.

مانند یک شبح که به سوی دیگر جست می‎زند.

You can see a faint smudge of light in the right-hand box.

شما می‎توانید در کادر سمت راست یک لکه ضعیف نور را ببینید.

Quantum tunneling suggests that a particle can hit an impenetrable barrier,

تونل زنی کوانتومی اظهار می‎کند که یک ذره می‎تواند به دیواری غیرقابل نفوذ برخورد کند

and yet somehow, as though by magic,

و با این حال به نوعی ،انگار با شعبده بازی،

disappear from one side and reappear on the other.

از یک سمت ناپدید و در سمت دیگر ظاهر شود.

The nicest way of explaining it is if you want to throw a ball over a wall,

بهترین راه توضیح این است که اگر شما بخواهید توپی را از روی یک دیوار پرتاب کنید

you have to give it enough energy to get over the top of the wall.

باید به آن انرژی کافی بدهید که به بالای دیوار برسد.

In the quantum world, you don't have to throw it over the wall,

در دنیای کوانتومی مجبور نیستید که آن را از روی دیوار پرتاب کنید،

you can throw it at the wall, and there's a certain non-zero probability

می‎توانید به سمت دیوار پرتابش کنید، و یک احتمال مشخص غیر صفر وجود دارد

that it'll disappear on your side, and reappear on the other.

که توپ در سمت شما ناپدید شود و در سوی دیگر پدیدار شود.

This isn't speculation, by the way.

در ضمن، این یک حدس نیست.

We're happy -- well, "happy" is not the right word --

ما از این خرسندیم-- خب راستش "خرسند" لغت مناسبی نیست--

(Laughter)

(خنده حضار)

we are familiar with this.

ما با این آشنا هستیم.

(Laughter)

(خنده حضار)

Quantum tunneling takes place all the time;

تونل زنی کوانتومی همیشه رخ میدهد

in fact, it's the reason our Sun shines.

در واقع این دلیل تابشِ خورشید ما است.

The particles fuse together,

ذرات به هم جوش میخورند،

and the Sun turns hydrogen into helium through quantum tunneling.

و خورشید هیدروژن را از طریق تونل زنی کوانتومی به هلیوم تبدیل میکند.

Back in the 70s and 80s, it was discovered that quantum tunneling also takes place

در سالهای دهه ۷۰ و ۸۰، کشف شد که تونل زنی کوانتومی در درون

inside living cells.

سلول زنده نیز رخ می‎دهد.

Enzymes, those workhorses of life, the catalysts of chemical reactions --

آنزیم ها، این نیروی کار خستگی ناپذیر زندگی، کاتالیزورهای واکنشهای شیمیایی--

enzymes are biomolecules that speed up chemical reactions in living cells,

آنزیم ها زیست مولکولهایی هستند که واکنشهای شیمیایی درون سلولهای زنده را سرعت می‎دهند،

by many, many orders of magnitude.

به اندازه بارها و بارها در مقدار.

And it's always been a mystery how they do this.

و این همیشه یک راز بوده است که چگونه این کار را انجام می‎دهند.

Well, it was discovered

خب، کشف شد

that one of the tricks that enzymes have evolved to make use of,

که یکی از ترفندهایی که آنزیمها تکامل یافته‎اند که از آن استفاده کنند،

is by transferring subatomic particles, like electrons and indeed protons,

انتقال ذرات زیراتمی، مانند الکترونها و البته پروتونها

from one part of a molecule to another via quantum tunneling.

از یک قسمت از مولکول به قسمت دیگر از طریق تونل زنی کوانتومی است.

It's efficient, it's fast, it can disappear --

این کارآمد و سریع است و می تواند ناپدید شود--

a proton can disappear from one place, and reappear on the other.

یک پروتون از یک مکان ناپدید می‎شود، و در مکان دیگر ظاهر می‎شود.

Enzymes help this take place.

آنزیم ها کمک می‎کنند که این اتفاق رخ دهد.

This is research that's been carried out back in the 80s,

این تحقیقی است که در سالهای دهه ۱۹۸۰ انجام شده است،

particularly by a group in Berkeley, Judith Klinman.

به ویژه توسط یک گروه در برکلی، جودیت کلینمن.

Other groups in the UK have now also confirmed

گروه‎های دیگر هم در بریتانیا اکنون تایید کرده‎اند که

that enzymes really do this.

آنزیم ها واقعا این کار را انجام می‎دهند.

Research carried out by my group --

مطالعه‎ای که توسط گروه من انجام شد--

so as I mentioned, I'm a nuclear physicist,

همانطور که گفتم، من یک فیزیکدان هسته ای هستم،

but I've realized I've got these tools of using quantum mechanics

اما متوجه شدم که این وسائل استفاده از مکانیک کوانتومی را

in atomic nuclei, and so can apply those tools in other areas as well.

در هسته اتم دارم پس می‎توانم آن ابزار را در شاخه های دیگر هم استفاده کنم.

One question we asked

یک سوال که ما پرسیدیم این است که

is whether quantum tunneling plays a role in mutations in DNA.

آیا تونل زنی کوانتومی در جهش DNA نقشی بازی می کند؟

Again, this is not a new idea; it goes all the way back to the early 60s.

دوباره تاکید می‎کنم، این یک ایده جدید نیست این بر می گردد به ابتدای دهه ۶۰.

The two strands of DNA, the double-helix structure,

دو شاخه DNA، ساختار مارپیچ دوگانه،

are held together by rungs; it's like a twisted ladder.

توسط پله های نردبان به هم وصل شده‎اند این مثل یک نردبان تاب خورده است.

And those rungs of the ladder are hydrogen bonds --

و آن پله های نردبان پیوندهای هیدروژنی هستند--

protons, that act as the glue between the two strands.

پروتونها، که می توانند مثل چسب بین دو شاخه عمل کنند.

So if you zoom in, what they're doing is holding these large molecules --

پس اگر بزرگنمایی کنید، کاری که آنها انجام می‎دهند نگه داشتن این مولکول های بزرگ--

nucleotides -- together.

نوکلئوتایدها-- به یکدیگر است.

Zoom in a bit more.

کمی بیشتر بزرگنمایی انجام دهید.

So, this a computer simulation.

این یک شبیه سازی رایانه‎ای است.

The two white balls in the middle are protons,

دو تا توپ سفید در وسط پروتونها هستند،

and you can see that it's a double hydrogen bond.

و می توانید بینید که این یک پیوند هیدروژنی دوگانه است.

One prefers to sit on one side; the other, on the other side

یکی تمایل دارد که در یک سمت بنشیند دیگری در سمت دیگرِ دو شاخه (DNA)

of the two strands of the vertical lines going down, which you can't see.

دو خط عمودی که پایین می روند و شما نمی‎توانید ببینید.

It can happen that these two protons can hop over.

می‎تواند اتفاق بیافتد که این دو پروتون بپرند.

Watch the two white balls.

به دو توپ سفید نگاه کنید.

They can jump over to the other side.

آنها می توانند به سمت دیگر بپرند.

If the two strands of DNA then separate, leading to the process of replication,

اگر سپس دو شاخه DNA جدا شوند، که منجر به فرایند تولید همسان می گردد،

and the two protons are in the wrong positions,

و دو پروتون در مکان اشتباه قرار دارند،

this can lead to a mutation.

این می تواند به جهش منجر شود.

This has been known for half a century.

نیم قرن است که این شناخته شده است.

The question is: How likely are they to do that,

سوال این است که: چقدر احتمال دارد که آنها این کار را انجام دهند،

and if they do, how do they do it?

و اگر انجام می دهند، چگونه این کار را می کنند؟

Do they jump across, like the ball going over the wall?

آیا می پرند، مثل توپ که از روی دیوار می پرد؟

Or can they quantum-tunnel across, even if they don't have enough energy?

یا آنها می توانند تونل زنی کوانتومی انجام دهند، حتی اگر انرژی کافی نداشته باشند؟

Early indications suggest that quantum tunneling can play a role here.

شواهد اولیه نشان می‎دهند که تونل زنی کوانتومی می‎تواند نقش ایفا کند.

We still don't know yet how important it is;

هنوز نمی دانیم که این چقدر مهم است

this is still an open question.

این هنوز یک سوال بی پاسخ است.

It's speculative,

این بر اساس حدسیات است،

but it's one of those questions that is so important

ولی این یکی از آن سوال هایی است که انقدر مهم است

that if quantum mechanics plays a role in mutations,

که اگر مکانیک کوانتومی در جهش نقش دارد،

surely this must have big implications,

قطعا باید نتایج بزرگی داشته باشد،

to understand certain types of mutations,

برای دانستن انواع خاصی از جهش،

possibly even those that lead to turning a cell cancerous.

احتمالا حتی آنهایی که منجر به سرطانی شدن یک سلول می شود.

Another example of quantum mechanics in biology is quantum coherence,

مثال دیگر مکانیک کوانتومی در زیست شناسی، انسجام کوانتومی است،

in one of the most important processes in biology,

در یکی از مهمترین فرایندها در زیست شناسی،

photosynthesis: plants and bacteria taking sunlight,

فتوسنتز: گیاهان و باکتری ها نور خورشید را می‎گیرند،

and using that energy to create biomass.

و از آن انرژی برای تولید زیست توده استفاده می‎کنند.

Quantum coherence is the idea of quantum entities multitasking.

انسجام کوانتومی ایده انجام همزمان چند کار توسط موجودات کوانتومی است.

It's the quantum skier.

این اسکی باز کوانتومی است.

It's an object that behaves like a wave,

این یک شی است که مثل یک موج عمل می‎کند،

so that it doesn't just move in one direction or the other,

پس در یک جهت و یا جهت دیگر حرکت نمی‎کند،

but can follow multiple pathways at the same time.

ولی می‎تواند چند مسیر را در یک زمان دنبال کند.

Some years ago, the world of science was shocked

چند سال پیش، دنیای علم شوکه شد

when a paper was published showing experimental evidence

زمانی که مقاله ای چاپ شد که شواهد علمی‎ای ارائه می داد که

that quantum coherence takes place inside bacteria,

انسجام کوانتومی درون یک باکتری اتفاق می‎افتد،

carrying out photosynthesis.

که فتوسنتز را انجام می‎دهد.

The idea is that the photon, the particle of light, the sunlight,

ایده این است که فوتون، ذره نور، نور خورشید،

the quantum of light captured by a chlorophyll molecule,

کوانتومِ نور که توسط یک مولکولِ کلوروفیل جذب می شود،

is then delivered to what's called the reaction center,

سپس به چیزی که مرکز برهمکنش نام دارد تحویل می شود،

where it can be turned into chemical energy.

جایی که می تواند به انرژی شیمیایی تبدیل می شود.

And in getting there, it doesn't just follow one route;

و در رسیدن به آنجا، فقط یک مسیر را دنبال نمی کند

it follows multiple pathways at once,

در یک زمان چندین مسیر را دنبال می کند،

to optimize the most efficient way of reaching the reaction center

برای بهینه کردن موثرترین راهِ رسیدن به مرکز برهمکنش

without dissipating as waste heat.

بدون منهدم شدن بصورت اتلاف گرمایی.

Quantum coherence taking place inside a living cell.

انسجام کوانتومی درون یک سلول زنده رخ می دهد.

A remarkable idea,

یک ایده قابل توجه،

and yet evidence is growing almost weekly, with new papers coming out,

و هنوز شواهد تقریبا هفتگی در حال افزایش هستند، مقاله‎های جدیدی که بیرون می‎آیند،

confirming that this does indeed take place.

تایید می کنند که این پدیده قطعا رخ می‎دهد.

My third and final example is the most beautiful, wonderful idea.

مثال سوم و نهایی من زیباترین و عالی ترین ایده است.

It's also still very speculative, but I have to share it with you.

این هنوز خیلی بر مبنای حدسیات است، اما باید آن را با شما به اشتراک بگذارم.

The European robin migrates from Scandinavia

سینه سرخ اروپایی از اسکاندیناوی مهاجرت می کند

down to the Mediterranean, every autumn,

به سمت پایین تا مدیترانه، هر پاییز،

and like a lot of other marine animals and even insects,

و مثل خیلی دیگر از حیوانات دریایی و حتی حشرات،

they navigate by sensing the Earth's magnetic field.

با حس کردن میدان مغناطیسی زمین مسیریابی می کنند.

Now, the Earth's magnetic field is very, very weak;

حال، میدان مغناطیسی زمین خیلی خیلی ضعیف است

it's 100 times weaker than a fridge magnet,

۱۰۰ بار ضعیف تر از آهنربایِ روی در یخچال،

and yet it affects the chemistry -- somehow -- within a living organism.

و با این حال -- به نوعی--بر شیمیِ درون یک ارگانیسم زنده اثر می کند.

That's not in doubt -- a German couple of ornithologists,

در این شکی نیست-- یک زوج پرنده شناس آلمانی

Wolfgang and Roswitha Wiltschko, in the 1970s, confirmed that indeed,

ولفگانگ و رزویتا ویلتشکو در دهه ۱۹۷۰ آن را تایید کردند،

the robin does find its way by somehow sensing the Earth's magnetic field,

سینه سرخ راهش را به نوعی از طریق حس کردن میدان مغناطیسی زمین پیدا می کند،

to give it directional information -- a built-in compass.

که به او اطلاعاتِ جهت بدهد-- یک قطب نمای درونی.

The puzzle, the mystery was: How does it do it?

معما و راز این بود: چگونه این کار را انجام می دهد؟

Well, the only theory in town --

خب تنها تئوری ارزشمند موجود--

we don't know if it's the correct theory, but the only theory in town --

نمی‎دانیم که این تئوری صحیح است، ولی تنها تئوری ارزشمند موجود است--

is that it does it via something called quantum entanglement.

این است که او اینکار را از طریق چیزی که جفت شدگی کوانتومی نام دارد انجام می دهد.

Inside the robin's retina --

در شبکیه سینه سرخ--

I kid you not -- inside the robin's retina is a protein called cryptochrome,

باهاتون شوخی نمی کنم-- درون شبکیه سینه سرخ پروتئینی هست به نام کریپتوکروم،

which is light-sensitive.

که به نور حساس است.

Within cryptochrome, a pair of electrons are quantum-entangled.

درون کریپتوکروم، یک جفت الکترون، جفت شده کوانتومی هستند.

Now, quantum entanglement is when two particles are far apart,

حال، جفت شدگی کوانتومی زمانی است که دو ذره خیلی از هم دور هستند،

and yet somehow remain in contact with each other.

با این وجود به نوعی با یکدیگر در تماس می مانند.

Even Einstein hated this idea;

حتی اینشتین از این ایده متنفر بود;

he called it "spooky action at a distance."

به آن می گفت: "عمل شبح وار از راه دور"

(Laughter)

(خنده حضار)

So if Einstein doesn't like it, then we can all be uncomfortable with it.

پس اگر اینشتین از آن خوشش نمی‎آید، پس ما همه می توانیم با آن راحت نباشیم.

Two quantum-entangled electrons within a single molecule

دو الکترونِ جفت شده کوانتومی درون یک مولکول

dance a delicate dance

یک رقص ظریف می کنند

that is very sensitive to the direction the bird flies

که به جهتی که پرنده در میدان مغناطیسی زمین

in the Earth's magnetic field.

پرواز می کند خیلی حساسیت دارد.

We don't know if it's the correct explanation,

نمی دانیم که آیا این توضیح صحیح است،

but wow, wouldn't it be exciting if quantum mechanics helps birds navigate?

ولی وای! جالب نیست که مکانیک کوانتومی به پرندگان کمک کند که مسیریابی کنند؟

Quantum biology is still in it infancy.

زیست شناسی کوانتومی هنوز در دوران اولیه تکامل خود است.

It's still speculative.

هنوز بر مبنای حدس است.

But I believe it's built on solid science.

ولی من باور دارم که بر روی علمی محکم بنا شده است.

I also think that in the coming decade or so,

همینطور فکر می کنم که در دهه پیش رو یا همین حدود،

we're going to start to see that actually, it pervades life --

خواهیم دید که در واقع، در زندگی شایع است--

that life has evolved tricks that utilize the quantum world.

که زندگی ترفندهایی را تکامل داده است که از جهان کوانتومی بهره می برند.

Watch this space.

منتظر خبرهای بعدی باشید.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق حضار)