TheSecretsofQuantumPhysics2of2《量子力学揭秘(2014)(下)》完整中英文对照剧本.docx
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1、量子力学揭秘生命在此吉米卡利里教授萨里大学量子知更鸟亨利克莫里特森教授奥尔登堡大学量子鼻詹妮弗布鲁克斯博士伦敦大学学院科林贝尔顿洛根植物园量子蛙安德里亚赛拉教授伦敦大学学院量子树亚历山德拉噢拉亚-卡斯特罗博士伦敦大学学院安德里亚赛拉教授伦敦大学学院量子蜗牛亨利克莫里特森教授奥尔登堡大学欢迎来到这个新奇的自然世界Welcometoanewandverystrangeworldofnature.这里已是量子力学中Itsbeentakenoverbytheweirdsubatomicparticlesof亚原子粒子的天下quantumphysics.作为一名物理学家我穷其一生都在研究Asaphysi
2、cist,vespentmyworkinglifestudying这些粒子到底都具有哪些特性howtheseparticlesbehaveinthelaboratory.但现在我将要走出实验室来到大自然Butnowmheadingoutintothenaturalworld.去执行一项任务来证明量子力学monamissiontoprovethatquantumphysicscansolve可以揭开生物学中最大的谜题thegreatestmysteriesinbiology.这对我而言是一次真正的挑战Thisisarealadventureforme.我将竭尽所能利用我在物理实验室中mverym
3、uchoutofmycomfortzonetryingtoapply那些所熟悉的高深的物理学理论theverycarefulideasmfamiliarwithinaphysicslaboratory来阐释这纷繁复杂世界中的生灵万物tothemessyworldoflivingthings.我坚信量子力学中蕴含着众多生命的秘密Ibelievethatquantumphysicscouldholdmanyoflifessecrets.在生灵万物的细胞深处Thatdeepinthecellsofanimals,粒子犹如魂魄般在细胞壁间穿梭particlesglidethroughwallslike
4、ghosts.当植物俘获阳光Thatwhenplantscapturesunlight.这些光波将会同时入射到.Theircellsareinvadedbyshimmeringwaves植物中各个细胞thatcanbeeverywhereatthesametime.而即便是我们自身的感官Andthatevenourhumansenses也会与这灵异的量子振动相协调aretuningintostrangequantumvibrations.在这奇妙的量子生物学世界Inthefantasticworldofquantumbiology,生命只是一场概率游戏lifeisagameofchance,而
5、规则由量子力学所掌控playedbyquantumrules.我想让各位所相信的是ThisiswhatIhopetoconvinceyouof,量子力学在解释众多重要的生命过程中toshowyouthatquantummechanicsisessentialinexplaining起到了关键的作用而潜在来说manyoftheimportantprocessesinlife,andpotentially,that量子力学甚至可能是quantummechanicsmayevenunderpin生命存在的基础theveryexistenceoflifeitself.我的疑问始于自然界中最壮丽的景象M
6、yquestbeginswithoneofthemostmajesticsightsinnature.迁徙Migration.每逢冬季黑雁总会如期飞抵Everywinter,barnaclegeesearriverightoncue这条涓涓流淌的苏格兰河atthesameScottishriver.而其起点则是远在北极圈腹地Theendofanepic2,000-milevoyagefromSvalbard,近2000英里的斯瓦尔巴特群岛highabovetheArcticCircle.当然还有许多鸟类会南下过冬Ofcourse,manybirdsheadsouthforwinter再北上避暑
7、thenbackhomeforsummer.但是多年来鸟类到底是如何精确地进行导航Butfordecades,exactlyhowbirdsnavigatedwithsuchaccuracy仍是生物学界最大的谜团之-wasoneofthegreatestmysteriesinbiology.而最近的发现则掀起了不小的轰动Sothemostrecentdiscoveryhascausedasensation.在过去几年中Inthepastfewyears,有一种鸟类曾引发了一场科技变革onespeciesofbirdhashelpedcreateascientificrevolution.而我和
8、许多物理学家一样对其发现人为震惊Iwasoneofmanyphysicistswhowasshockedtodiscoverthatit因为这种鸟使用了一种在整个科技界看来navigatesusingoneofthestrangesttricks都颇为奇特的导航方式inthewholeofscience.它竟利用了奇妙的量子力学Itutilisesaquirkofquantummechanics,而这其中的原理曾困惑过许多伟大的物理学家onethatbamboozledeventhegreatestOfphysicists,如理查德费曼甚至还有阿尔伯特爱因斯坦fromRichardFeynma
9、ntoAlbertEinsteinhimself.所以当你探索这神秘的物种时Soyoumightbesurprisedtodiscovertheidentityofthis会感到些许惊讶mysteriouscreature.和量子知更鸟打个招呼SayhellototheQuantumRobin.这是欧洲知更鸟ThisistheEuropeanrobin.每年它会从欧洲北部Everyyear,shemigratesfromnorthernEurope迁徙到南端的西班牙并如此往返tothetipofSpainandback.在这片丛林中的实验室里Inthislaboratoryinthewoods
10、,生物学家亨利克莫里特森试图解开biologistHenrikMouritsenistryingtosolvethemystery知更鸟导航的秘密ofhowshedoesit但他却陶醉在了自我的世界当中Buthesfoundhimselfinmyworld,即那个奇妙的量子世界thestrangeworldofquantummechanics.在量子力学中讲述了具有诡异特性的Quantummechanicsdescribestheveryweirdbehaviourof亚原子粒子subatomicparticles.进入到这个微观世界Downinthisrealmoftheverysmall,
11、我们必须摒弃常识与直观的思考方武Wehavetoabandoncommonsenseandintuition.相反这是一个物质可以像波那样传播的世界Instead,thisisaworldwhereobjectscanspreadoutlikewaves.量子粒子可以同时身处多地Quantumparticlescanbeinmanyplacesatonce并互相进行神秘的通信andsendeachothermysteriouscommunications.我愿本打算弄清楚鸟是如何找到方向的Isetouttounderstandhowthebirdfindsitsway,但实验的结果butitj
12、ustturnedoutthatthedata则越来越多的指向于moreandmorepointedtowardsthisas这唯一的解释theonlyexplanation而这也是唯一能解释所有不同实验结果的答案thatcouldbringallthedifferentresultstogether.亨利克在探究的是一个长久以来的理论Henriksinvestigatingalongstandingtheory-即知更鸟通过地磁场来导航thatrobinsnavigatebytheEarthsmagneticfield.他的实验室是一个绝妙的磁鸟笼Hislaboratoryisaningen
13、iousmagneticbirdcage.而这些用非防刮纸做衬里的塑料锥形薄膜Andtheseplasticconeslinedwithscratch-sensitivepaper则提供了极其关键的测量数据providethekeymeasurements.亨利克的人工磁场Henriksartificial和地磁场几乎相同只不过magneticfieldisliketheEarths,exceptthat他可以任意改变磁场的方向hecanpointitinanydirectionhelikes.在他的锥斗中知更鸟总是顺势着磁场方向Insidetheircones,therobinsalways
14、respondtothefield,并在这一方向上留下刮痕leavingscratchesinasingledirection.但最神秘的是它如何感知ThebigmysteryisHOW.地磁场极其微弱TheEarthsmagneticfieldisincrediblyweak,以至于任何生物都难以探测到fartooweakforanylivingcreaturetodetect.但当亨利克给知更鸟套上头套后ButHenrikhasfoundanintriguingclue却发现r一个有趣的线索bygivingtheQuantumRobinamask.我们将一个皮头套Wehavealittle
15、leather就是类似于套在猎鹰上面的那种hoodsimilartowhatyouputonafalcon,套在了是知更鸟上youknow,butjustforarobin,然后在上面留个洞露出一只眼andyouhavethenaholeinfrontofoneeye或者露出另一只眼oraholeinfrontoftheothereye.而通过此我们发现Andwhatwecanseeisthat如果遮住了右眼ifyoucoveruptherighteye,youturnoff那么就关闭r大脑左半部分的磁场感知功能theirmagneticcompassprocessingintheleftpa
16、rtofthebrain.如果遮住这只眼Ifyoucoverupthiseye,那么转而会关闭大脑这半部分的感知功能youturnthecompassoffinthispartofthebrain.知更鸟的眼睛中似乎藏有磁罗盘Therobinsmagneticcompassseemstobeinhereyes.我会用我的眼睛来演示这其中原委Icanshowyouwhatsgoingonusingmyowneye.我们通常都用眼睛来获取图像Now,weuseoureyesforvision,但我们的眼睛还有另一个光探测机制butwealsohaveasecondlight-detectingme
17、chanism.如果用手电照射我的眼睛IfIshinethistorchintomyeye,你能看到我的瞳孔会缩小youcanseethatmypupilclosesdown.这算是一种防御机制用来保护我的眼睛Itsbasicallyadefencemechanismtoprotectmyeyes.我的眼睛会对光粒子做出反映一一即光子Myeyeisrespondingtoparticlesoflight-orphotons.光子所携带的能量Theenergyprovidedbythephotons显然足够刺♥激♥产生化学反应isclearlyenoughtoacti
18、vatechemicalreactions.毕竟正是如此才能控制我眼部的肌肉Afterall,thatswhatcontrolsmyeyemuscles.而光同样会在知更鸟的眼睛中1.ightmustbecausingsimilarchemicalreactions引起相同的化学反应intherobin,seyes.事实上入射到眼中的光子Infact,itsthepowersupply驱动着一种特殊形式的磁罗盘forauniqueformofmagneticcompass.这深藏于细胞之中.Insidehercells.游弋于诡异的亚原子粒子世界.Intheweirdworldofsubato
19、micparticles.在这里仅有量子力学.Aplacewhereonlyquantumphysics可以解释一切canexplainwhatsgoingon.试着想象在知更鸟眼中的化学反应Toseewhy,imaginethechemicalreactionsintherobinseye发生在能量谷之间takingplaceinmountainsandvalleysofenergy.为了能触发反应Togetareactiontostart,你首先需要把分子推到山顶youhavetopushmoleculestothetopofamountain.多亏了亨利克的实验ThankstoHenri
20、ksexperiments,我们现在才知道光在其中出了很多力wenowknowthatlightdoesmostofthehardwork.但当其达到最顶端时Butwhenitreachestheverypeak,即使是最轻微的触碰都会使分子在山顶发生偏移themoleculebecomesincrediblysensitivetotheslightesttouch.现在的重点在于知更鸟的化学磁罗盘Thekeypointhereisthattherobin,schemicalcompassisnow正平衡于两个能量谷之间的峰顶balancedonanenergypeakbetweentwova
21、lleys.若其向一方偏移则会产生一类化学产物Goingonewayproducesonesetofchemicalproducts-若向另一方偏移则化学产物会是另一类theother,adifferentset.现在即便地磁场发生最细微的改变Now,evenatinychangeintheEarthsmagneticfieldcantipthe也会使分子倒向谷底moleculeoverthetop,但是这却违背常识butthewaythishappensdefiescommonsense.最后一个难题的解决Thefinalpieceofthepuzzle则取决于物理学中dependsonon
22、eofthetruly一个令人难以置信的想法mind-bogglingideasinphysics.但如果你发现这难以理解Butdontworryifyoufindit并无大碍hardtounderstand-因为即使是爱因斯坦evenAlbertEinstein也称其为“幽灵”calleditSpooky.这个想法就是量子纠缠Theideaiscalledquantumentanglement.其中讲到两个粒子之间的通信速度Itinvolvesparticlesthatseemtocommunicatefaster似平比光速还要快thanthespeedoflight.在1935年爱因斯坦发
23、表了一篇著名的论文In1935,Einsteinpublishedafamouspaper认为这根本不可能arguingthatitwasimpossible.但爱因斯坦错了ButEinsteinwaswrong.近些年来一些极其精准的实验显示Inrecentyears,extremelydelicateexperimentshaveshownthat亚原子粒子确实存在纠缠subatomicparticlesreallyareentangled.这就意味着Itmeanstheycansubtly两者即使在宇宙两端也能瞬间影响着彼此andinstantaneouslyinfluenceeacho
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