Królestwo kwantowe

Gdy rozmnażające się komórki kopiują informację genetyczną zapisaną w DNA, niewielka zmiana na poziomie pojedynczego atomu może w efekcie skutkować potężnymi zmianami na poziomie całego organizmu. Te zmiany mogą być negatywne albo pozytywne. Mogą też być negatywne dla jednostki, ale pozytywne – w dłuższej perspektywie czasowej – dla ogółu.

Bo te zmiany to mutacje. Przypadkowe (a może lepiej pasuje słowo „losowe”) zmiany w kodzie DNA powodują powstanie nowotworów, ale mogą też wzmacniać cechy, które czasami okazują się bardzo przydatne. Ewolucja życia na Ziemi jest w pewnym sensie konsekwencją niepewności, która jest cechą permanentną świata mikro. „Czy Pan Bóg gra w kości?” – pytał kiedyś Einstein. A może ta niepewność, nieprzewidywalność to jest właśnie miejsce dla Pana Boga. Jeżeli Jego królestwem jest fizyka kwantowa, może pozostawać równocześnie nieprzewidywalny i nie być w sprzeczności z prawami przyrody, które przecież sam stworzył.

Fala czy cząstka
To, co dzieje się na poziomie cząstek, jest dla nas w dużej mierze nieodgadnione. Ale nawet jeżeli rąbek tajemnicy uda się uchylić, trudno nam zrozumieć mechanizmy, jakie stoją za tamtym światem. Elektron może być równocześnie w dwóch miejscach. A wszystko dlatego, że jest i cząstką (maleńką kuleczką), i falą (taką jak ta na wodzie). Jak to rozumieć? Całkiem zwyczajnie. Ma cechy i jednego, i drugiego. Zresztą nie tylko elektron. Elektron, gdy skierowany jest na przeszkodę z dwoma szczelinami – tak jak fala – przejdzie przez dwie szczeliny równocześnie. Można by powiedzieć, że ta sama cząstka jest w dwóch miejscach. W makroświecie takie rzeczy się nie zdarzają, chociaż… w zasadzie mogą. Prawdopodobieństwo zajścia takiego efektu jest bardzo, bardzo małe, ale już kilka lat temu przeprowadzano doświadczenia na tzw. fulerenach, czyli cząsteczkach zbudowanych z 60 atomów węgla. One, przechodząc przez szczeliny, zachowywały się jak fala. Ciekawe, prawda?

Jeszcze ciekawszy jest efekt tunelowania. Trudno go zrozumieć, ale w skrócie polega na tym, że w mikroświecie cząstka może przeniknąć przez przeszkodę (zwaną przez fizyków barierą potencjału), mimo że nie ma wystarczającej energii, by to zrobić. Trudno znaleźć analogię do tego zjawiska w makroświecie. Można to niezgrabnie porównać do sytuacji zmęczonego wędrowca, który nie ma wystarczająco dużo siły (energii), by dojść do schroniska znajdującego się po drugiej stronie góry. Skoro nie ma siły (energii), do schroniska się nie dostanie – mówi teoria klasyczna. W mikroświecie to wcale nie jest takie pewne.

Istnieje bowiem możliwość, że wędrowiec po prostu przeniknie przez górę. Zjawisko nazywa się efektem tunelowania, bo można sobie wyobrazić, że z jednej strony góry na drugą, na chwilę, powstaje jakiś tunel, którym wędrowiec może przedostać się do schroniska. Wracając do mikroświata. Nigdy nie wiadomo, której cząstce to się uda. Można ewentualnie policzyć prawdopodobieństwo zajścia takiego zjawiska. Efekt tunelowy ma ogromny wpływ na kształt makroświata. Dzięki niemu świecą gwiazdy, a bez nich wszechświat wyglądałby zupełnie inaczej (być może już by nie istniał, a na pewno nie istniałoby życie).