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不会迷路的鸟儿 自然界中有许多神奇的现象，鸟儿的迁徙便是其中之一。 科学调查表明，地球目前存在的鸟儿有1万多种，其中五分之一都属于迁徙的候鸟。每一年，地球上都会有数十亿只鸟儿在繁殖地和越冬地之间迁徙，它们的迁徙距离少则数千千米，长则数万千米，迁徙路线几乎遍布全球。鸟儿的体力和毅力值得我们赞叹，鸟儿的聪明更是超乎了我们的想象——不需要指南针，就可以辨认东西南北，即使横跨大洲，也从不迷路——它们定位导航的本领实在是太高超了。
科学家关注鸟儿的迁徙也已经很久，他们一直怀疑鸟儿通过感知地球磁场来识途认路，但聪明的人类尚且感觉不到地球磁场，鸟儿又是如何做到这一点的?如今，随着研究的深入，科学家终于解开了谜团。原来，鸟儿“感知地球磁场”这一神奇本领的来源，居然与深奥难懂的量子力学有关。 自旋与量子纠缠 这究竟是怎么一回事呢?科学家发现，每当迁徙季节临近的时候，候鸟视网膜中的一种叫做“隐花色素”的蛋白质的浓度就会升高，而非迁徙性的鸟儿则不存在这种现象，因此科学家猜测，鸟儿的磁感知能力很可能与隐花色素有关。但是，隐花色素是一种光敏蛋白，按理说只对光线敏感，一般不会与看不见的磁场产生联系。这时，量子力学发挥了神奇的作用。 在量子力学的世界中，微观粒子拥有一种奇特的属性，叫做“自旋”，粒子会因为自旋而产生磁偶极矩，也就是微观磁场。比如，原子中的电子就一直处在自旋状态，要么自旋向上，要么自旋向下。量子自旋是量子力学的基础，它支撑着量子力学中一个最重要的理论——泡利不相容原理，该原理认为，微观世界不能有两个粒子处于完全相同的状态，这意味着具有相同能量的电子，其自旋方向一定是相反的，改变其中一个电子的自旋，必将改变另一个电子的自旋。另外，量子力学中还存在着量子纠缠，即当微观世界的几个粒子在彼此相互作用后，它们的波函数便叠加到了一起，就算之后分开，它们的状态也会纠缠在一起，彼此影响。 量子力学的作用 通过量子力学的“力量”，对光敏感的“隐花色素”也会变得对磁场极其敏感。 当鸟儿飞行时，光线会照射到鸟儿的视网膜上。“隐花色素”吸收光子，得到能量后就会激发电子，使其离开原有位置，破坏初始的化学键。蛋白质的结构都非常复杂，由一条又一条的分子链组成。化学键的断裂，会使一条分子链断裂成两条带有未配对电子的相互分离的原子基团，叫做自由基。 由于泡利不相容原理，初始的化学键中已经配对的电子，彼此的自旋一定是相反的，这就出现了量子纠缠。化学键断裂后，即使原本配对的那对电子如今已经位于相互分离的自由基当中，这种纠缠仍然是存在的。自由基含有未配对的电子，非常不稳定，它们很快就会重新组合，形成光化学反应的产物。在自由基重新组合时，未配对电子的自旋方向是有可能改变的，这种改变既会影响将要与它配对的“新”电子的量子状态，也会影响原本与之配对的“旧”电子的量子状态(因为量子纠缠没有消失)，结果就会使光化学反应的产物出现不同的成分和构成。 显然，由于电子自旋带有磁效应，地球磁场强度和角度都会影响到自由基中未配对电子的自旋方向，从而使“隐花色素”在光化学反应中生成不同的产物。最后，化学反应产物的差异又会以一种至今都不甚明了的方式向鸟儿的大脑传递神经信号，告诉它地球磁场的精确方位。 所以，鸟儿并没有像科学家做学问那样研究量子力学，但它利用量子力学的能力早在视网膜中养成，存储在“隐花色素”中，只需要地球磁场和光线的帮助就可以触发出来。可见，大自然还真是神秘莫测啊。 |
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