Revelațiile fizicii cuantice: molecula de apă se comportă atât ca o particulă materială, cât și ca o undă, sfidând legile fizicii clasice!!!

Interviu cu Lect. Univ. Dr. Mihaela Gheorghiu – Universitatea de Medicină și Farmacie „Carol Davila” din București.

Daniel Roxin: Știm că la nivel subatomic avem dualismul particulă-undă, dualism care a fost o surpriză pentru fizica cuantică. Astăzi, cercetarea științifică vine cu surprize și mai mari și ne spune că și molecula de apă are același comportament dual. Doar că am ieșit din zona subatomică și am intrat pe teritoriul fizicii clasice… Cum să înțelegem acest paradox?

Mihaela Gheorghiu: Cred că în înşiruirea logică a ceea ce urmează să fie spus, ar fi util să începem de la descoperire recentă a unor fizicieni. Descoperirea a fost publicată într-o revistă prestigioasă de fizică în anul 2012. Colectivul este condus de către Klaus Hornberger și rezultatele acestui studiu răstoarnă foarte multe dintre informaţiile pe care noi le consideram valabile, raportate la biologia celulară. Vorbim despre fizică cuantică. Se vorbeşte de la începutul secolului trecut, sunt dispute între fizicieni, dar medicina s-a păstrat, cumva, deoparte. Este o fortăreaţă inexpugnabilă,  în care rezultatele cercetărilor nu au generat mari ecouri. Şi totuşi, aceste studii confirmate de multe ori dovedesc un lucru fabulos. Toate particulele dintr-o celulă cu greutăţi mai mici de 7 kilodaltoni, deci sub o anumită dimensiune, nu se mai comportă ca materie. Experimentul lui Hornberger  dovedeşte că sub această greutate,  ceea ce noi credeam că este doar materie, are un comportament dual de particula-undă. De fapt, toate particulele devin unde, pachete de unde care comunică între ele. Ca să fiu mai explicită, să nu pară un lucru de poveste, o să spun foarte pe scurt în ce a constat experimentul: au fost folosite nişte fante, nişte sisteme pe care erau propulsate particule. Fantele acelea avea dimensiuni din ce în ce mai mici şi se considera că, de la o anumită dimensiune a găurilor prin care ar fi urmat să treacă particulele, nu mai putea trece nimic în spatele fantelor.  Aceste experimente au generat nişte rezultate uimitoare. Au văzut că toate moleculele sub 7 kilodaltoni din celulă se regăseau în spatele fantelor, treceau cumva, chiar dacă din punct de vedere al dimensiunilor era imposibil acest lucru; şi totuşi,  în partea cealaltă a fantelor se înregistra un semnal. Erau pozitivate, ceea ce ei numeau acolo diagrame de interferenţă. Pe nişte grafice apăreau nişte manifestări ondulatorii, ceea ce înseamnă că particulele acelea, în spatele fantelor, deveneau unde. Poate că până aici nu este nimic spectaculos, numai că eu am să vă spun că aproape toate tipurile de moleculă din celulă sunt sub 7 kilodaltoni. Numai proteinele şi ADN-ul depășesc aceste greutăți. Să ne gândim la ioni, la apă, la moleculele de apa care sunt atât de numeroase, la lipide, la aminoacizi, toate aceste structuri se comportă, de fapt, ca unde. De aici derivă un alt lucru foarte important: dacă în loc de particule sunt unde, fenomenele pe care aceste unde le generează nu mai sunt controlate prin legile mecanicii clasice. Sunt controlate prin legile mecanicii cuantice. Fizica cuantică şi fizica clasică sunt două lumi diferite: fizica cuantică descrie lumea particulelor subatomice şi iată că surpriza e că nu numai particulele subatomice, dar şi molecule mai mari din celule noastre se comportă dual: când particule, când unde. Pe de altă parte, mecanica clasică are nişte legi corecte, dar pentru corpuri de dimensiuni mai mari. Niciuna nu o desfiinţează pe cealaltă, ele se completează, iar ceea ce constituie o problemă la ora actuală e faptul că toţi medicii, toţi studenţii la facultăţile de medicină învaţă fenomenele biologice explicate doar prin prisma legilor mecanicii clasice. Experimentele dovedesc că lucrurile nu stau chiar așa.

Daniel Roxin: Deci practic puteți spune că la nivel celular constatăm că funcționează legile fizicii cuantice.

Mihaela Gheorghiu: In celula, legile fizicii cuantice se rezumă în primul rând la acest lucru: de la anumite dimensiuni, o substanță, o moleculă capătă valență dublă. Este undă și particulă. Este materie și energie. Când este una și când este cealaltă? Astea sunt lucruri mai greu de înțeles de către publicul larg, dar vreau în acest moment al discuției să înțeleagă toată lumea că, în celulele noastre, moleculele, cu excepția proteinelor și a ADN-ului, au lungimi de undă. În anumite condiții sunt doar energie.

Daniel Roxin: Care ar fi consecințele, traduse pe înțelesul tuturor?

Mihaela Gheorghiu: Haideți să simplificăm lucrurile. Există un autor, Goodsell, care în 2009 a prezentat un model al celulei, al lumii intracelulare și modelul acesta uimește pe toată lumea. E o aglomerație extraordinară în celulă. Nu este în nici un caz așa de frumos cum învățăm noi la facultățile de medicină: cu biluțe și cu diagrame, cu sfere colorate… Este o mare, o foarte mare aglomerație. Este ca o stație de metrou la o oră de vârf, înțesată de indivizi. Și totuși indivizii ăștia trebuie cumva să se adune, indivizii ăștia trebuie să genereze o reacție chimică. Pot să fie situați la distanțe foarte mari și totuși ei trebuie să se întâlnească foarte rapid pentru a apărea un anumit tip de răspuns, o anumită reacție în celulă. Fizica cuantică face posibilă înțelegerea realizării cu atât de mare rapiditate și ușurință a acestor contacte.

Dacă o moleculă pe care noi o consideram că este doar materie devine în ochii noștri imaginari o undă caracterizată de o anumită lungime, lungimea ei poate să interfereze constructiv sau distructiv prin amplificare sau anulare cu lungimea de undă a altei molecule. Ele se pot întâlni foarte ușor prin rezonanță. Se poate crea un proces de interferență foarte simplu și foarte eficient. Și mai concret decât atât… Să dăm exemplul unei sinapse. Sinapsa este un spațiu între doi neuroni. Eu sunt neuronul presinaptic, dumneavoastră sunteti  neuronul postsinaptic. Între noi este un spațiu care este dovedit în jur de 40 de nanometri. E un spațiu calculat, se știe. Ce au învățat altii inaintea mea și am învățat și eu și învață în continuare tot studenții de la facultatea de medicină? În acest spațiu, eu, neuronul presinaptic descarc un mediator, o substanță chimică. El difuzează, se deplaseaza cu o anumită viteză în acest spațiu și ajunge la dumneavoastră, se fixează pe dumneavoastră și, dintr-o dată, ați primit informația. Dumneavoastră, neuronul postsinaptic, v-ați depolarizat, s-a transmis influxul nervos. Din 2012 până acum nu prea se mai vorbește chiar așa. O să spun cât se poate de simplu: au calculat viteza neurotransmițătorului pe care eu îl eliberez spre dumneavoastră și au văzut că viteza aceasta, potrivit legilor mecanicii clasice e atât: x metri pe secundă. Aplicând legile mecanicii cuantice, au descoprit că,în realitate, viteza e de 3 ori, de 13 ori, de 35 de ori mai mare, în funcție de situație. Nu se mai potrivesc lucrurile și ceea ce a uimit pe toată lumea este faptul că, aplicând principiile fizicii cuantice cum că eu, neurotransmițătorul, molecula care urmează să ajungă la dumneavoastră, sunt și undă, mi s-a măsurat foarte ușor lungimea de undă și s-a văzut un lucru uimitor. De fapt, pentru toți neurotransmițătorii – fie dopamină, fie noradrenalină, oricare ar fi ei – de fapt, lungimea de undă este egală cu dimensiunea sinapsei. Practic, nu difuzează chimic neurotransmițătorul, se transmite lungimea de undă, iar celălalt neuron preia informația. Așa incepe sa se vorbeasca  la ora actuală. Mai este încă un lucru extraordinar, tot în zona de exemple. Vorbim de moleculele de apă… Apa e o moleculă sub 7 kilodaltoni. Ea respectă dualitatea undă-particulă. Moleculele de apă intră și ies din celule. Numai că e o problemă. Membrana celulei e hidrofobă. Nu permite trecerea apei, urăște apa. Și atunci, din loc în loc, prin membrana celulară s-au creat niște proteine, s-au inclavat, au intrat acolo niște proteine numite sugestiv aquaporine; niște pori, niște canale înguste, prin care trebuie să intre moleculele de apă. S-au cheltuit sume considerabile pentru ca informaticieni foarte sofisticați să genereze un model computerizat, o animație pentru traversarea moleculei de apă, știindu-se greutatea moleculei, grosimea membranei, coeficientul de difuzabilitate, mă rog, știindu-se niște parametri. Și a apărut o animație. În animația aceea, potrivit parametrilor introdusi, pe care noi ii știm la ora actuală, o moleculă de apă se chinuie să traverseze o aquaporină. De ce? Pentru că dimensiunea moleculei de apă este de aproape două ori mai mare decât lărgimea aquaporinei, canalului prin care trebuie să treacă. Cum poate să treacă o moleculă de aproape două ori mai mare printr-un canal așa de îngust? Și totuși măsurătorile dovedesc că într-o celulă, într-o secundă, prin membrană intră și ies 3 miliarde de molecule de apă. Cum pot să facă acest lucru? Și iată că vine acum, în ultimii ani, mecanica cuantică și ne spune așa: molecula asta de apă este și undă. Eu pot să-i calculez lungimea de undă, potrivit ecuației De Broglie. Rezulta ca din două lungimi de undă apa poate să traverseze o astfel de aquaporină.

Daniel Roxin: Dar trece fizic sau trece doar o informație?

Mihaela Gheorghiu: Trece forma ondulatorie, trece unda. Nu trece particula. Dacă respectăm ceea ce ne spune clasic fizica cuantică, de fapt, atunci când apa nu este observată, atunci când apa nu are un observator, ea este doar undă, nu e particulă!

***

Află mai multe din emisiunea DEZVĂLUIRI CARE BULVERSEAZĂ ȘTIINȚA, unde am avut-o invitată pe doamna Mihaela Gheorghiu:

Cunoaşte Lumea --> Prima pagină