Hoofdstuk 3.6 Kwantumtunneling
Als we eenmaal verstrengeling en de "instantane aankomst"-eigenschap begrijpen, is het niet moeilijk om het fenomeen van "kwantumtunneling" te begrijpen.
Het kwantumtunnelingeffect (Quantum tunneling effect) werd voor het eerst ontdekt door de Curies toen zij de radioactiviteit van polonium en radium bestudeerden. Het tunnelingeffect verwijst naar het fenomeen waarbij microscopische deeltjes door "muren" kunnen gaan waar ze normaal gesproken niet doorheen kunnen, ook wel "potentiaalbarrière-penetratie" genoemd.
Het tunnelingeffect kan niet worden verklaard door de klassieke mechanica. We kunnen de "potentiaalbarrière" voorstellen als een berg. Een microscopisch deeltje met een energie die kleiner is dan de potentiële energie van de bergtop bevindt zich aan de linkerkant van de berg. Volgens de ervaringen van de "klassieke wereld" kan dit deeltje, vanwege de "negatieve kinetische energie", absoluut niet naar de rechterkant van de berg klimmen. Om een eenvoudigere analogie te geven: stel je voor dat iemand stroom meet met een stroomtester. Men kan aannemen dat elektronen vrij zijn in het metaal van de schroevendraaier, maar de isolatielaag is een barrière (of "potentiaalbarrière"). Door zijn aanwezigheid kunnen elektronen op geen enkele manier naar het menselijk lichaam worden geleid.
Figuur 3.13: Schematische weergave van het kwantumtunnelingeffect
Op dezelfde manier is het in de echte wereld onmogelijk om over een hoge muur te klimmen. Je moet de zwaartekracht overwinnen en voldoende kinetische energie hebben, anders moeten jij en de muur eerst breken. De kwantumwereld is echter eigenaardig en volgt de normale regels niet. Zelfs als de hoogte van de "potentiaalbarrière" veel groter is dan de totale energie van het deeltje, bestaat er nog steeds een zekere waarschijnlijkheid dat de "doorgang door de berg" van microscopische deeltjes gemakkelijk en ogenblikkelijk kan plaatsvinden, alsof men door een virtuele tunnel gaat, zonder dat men de barrière van de "muur" daadwerkelijk hoeft te overwinnen. (Figuur 3.13)
Het kwantumtunnelingeffect doet ons gemakkelijk denken aan de "muurloopkunst", "grondtunnelingkunst" en "levende mensen transformatie" die vaak voorkomen in Harry Potter, Reis naar het Westen en Liao Zhai Zhi Yi. Het lijkt fantastisch, maar kan het in de macroscopische wereld gebeuren? Als er echt negatieve materie of "spirituele entiteiten" bestaan, kunnen deze "zielen", "onsterfelijken" of "geesten" dan door muren gaan?
Er is een wilde theorie die beweert dat in de kwantumwereld objecten geen voldoende potentiële energie nodig hebben om barrières te doorkruisen, omdat barrières ook uit kwanta bestaan, en er onzichtbare openingen bestaan tussen kwanta (eerder werd gezegd dat elementaire deeltjes zelf "leeg" zijn). Zolang men door deze openingen gaat, kan men het doel bereiken om barrières te doorkruisen. Deze schijnbaar plausibele beweringen kunnen niet worden geverifieerd.
Deze eigenschap van kwanta kan echter worden gebruikt door geavanceerde wetenschap, zoals toepassingen in supergeleiding en biomedische gebieden. Reeds in het midden van de 20e eeuw stelde de natuurkundige Schrödinger in zijn boek "Wat is leven? De fysieke aspecten van de levende cel" dat kwantummechanica een rol kan spelen in levende systemen.
Bijvoorbeeld. De laatste jaren zijn wetenschappers begonnen met het verifiëren van de aanwezigheid en het belang van kwantummechanica in DNA. Zoals algemeen bekend is, heeft DNA een dubbele helixstructuur, waarbij de twee strengen verbonden zijn door de atoomkernen van waterstofatomen. Deze "lijm" die de basen (de dragers van levensgenen in DNA en RNA) aan elkaar bindt, wordt waterstofbinding genoemd. (Figuur 3.14) Normaal gesproken volgen de bindingen van basen op de DNA-streng strikte regels en storen ze elkaar niet. Het is verbazingwekkend dat als de eigenschappen van waterstofbindingen enigszins veranderen, de oorspronkelijke paringsregels worden doorbroken, wat leidt tot de verbinding van verkeerde basen en mutaties. Dat wil zeggen, in specifieke omgevingen werkt de waterstofbinding in de DNA-streng als een "kwantumtunnel", waarbij basen die normaal gesproken een specifieke positie hebben en relatief stabiel blijven, continu en snel heen en weer kunnen tunnelen langs de waterstofbinding tussen de twee DNA-strengen, waardoor de ogenschijnlijk zeer stabiele DNA-streng gemakkelijk wordt gewijzigd en gemuteerd.
Figuur 3.14: DNA dubbele helixstructuur, basen en waterstofbindingen
Alles heeft twee kanten; voor het menselijk lichaam kunnen sommige mutaties onbelangrijk zijn (of zelfs positieve effecten hebben), maar andere kunnen ernstige gezondheidsgevolgen hebben. Onderzoek toont aan dat de kans op dit tunnelen veel groter is in een koude omgeving dan in een warme, vochtige levende celomgeving, en dat het ook gemakkelijk door andere factoren kan worden "geactiveerd". Medische statistieken tonen aan dat een lichaamstemperatuur onder 36,5°C een "favoriete" omgeving wordt voor kankercellen; dergelijke mensen hebben vaak koude handen en voeten, terwijl elke stijging van 1°C in lichaamstemperatuur de menselijke immuniteit met 30% verhoogt, wat overeenkomt met het gezegde in de traditionele Chinese geneeskunde "honderd ziekten beginnen met kou". Laten we nog eens nadenken: waarom zijn er tijdens de driejarige pandemie miljarden vaccininjecties gegeven aan mensen, wat ogenschijnlijk veel "potentiaalbarrières" aan het lichaam heeft toegevoegd, maar blijken we uiteindelijk zo kwetsbaar te zijn voor veelvoorkomende verkoudheid en koorts? Natuurlijk weten we nog te weinig over de werking van het menselijk lichaam; vanuit een rigoureus oogpunt mogen we geen voorbarige conclusies trekken. We kijken uit naar biologen die het mysterie zullen ontrafelen.