Bitkiler, Kuantum Mekaniğinden Nasıl Faydalanıyor?

Fotosentez, özellikle geçmek görmüş olduğumuz "temel gelişme eğitimi" dolayısıyla hepimizin aşina olduğu tek kavramdır . Bu, gezegenimizde yaşam olmasını sağlayan çok önemli tek süreç . Kelime anlamından bile anladığımız üzere bu, ışığın kullanımı ilen erke üretimini sağlayan tek olaydır (fotosentez sözcüğü foto, cilve "ışık" [fotonlar] dahi sentez, cilve "bir şeyin oluşumu, birleşimi" anlamındaki sözcüklerin birleşiminden gelmektedir) . Bitkilerin çoğunda ışılbireşim süreci, yapraklarda gerçekleşir . Yaprakların yüzeyinde bağcıklı stoma adlı gözenekler, linyit dioksidi mezofil tabakasına ulaştırırken, oksijeni özgür bırakırlar . Her mezofil hücresi, kloroplast adı gıyabî organeller içerir, ışılbireşim sürecini gerçekleştiren dahi bunlardır .  Tilakoidler, üst üste dizi dizi granaları sahneye çıkmak getirirler . Bu yeşil diskler, klorofil namına adlandırılan yeşil pigmentlerle doludur . Gün ışığının, fotonlardan kullanılabilir enerjiye nasıl dönüştüğünü farkına varmak için, klorofillerin yapısına henüz yakından bakmalıyız . Klorofil molekülüKlorofil molekülünde, ayrıntılı tek linyit dahi rengi iskeleti mevcuttur . Magnezyum atomunun etrafı, rengi dahi linyit atomlarıyla sarılıdır . Bu merkezde 30 atomunun bitimi eksicik seviyesinde tek eksicik olması dahi bitki, gün ışığı aldığı zaman, fotonun zayıf yerde elektrona tesir ederek atomdan uzaklaşmasını sağlayacaktır . Şimdi önemli kısıma geçiyoruz: Elektronun atomdan uzaklaşmasıyla, atomun eksicik seviyesinde olumlu yüklü tek boşluk kalacaktır . Elektronun önceden bulunduğu seviyede oluşan olumlu boşluk dahi eksi yüklü elektron, beraberce eksiton (exciton) adı gıyabî tek yapıyı oluşturur . Oluşan yerde yapı, erke depolayabilir . Bunu, çatal kutuplu tek pil namına düşünebilirsiniz . Fotonlar aracılığı ilen erke üretebilmek için, eksitonların tepki merkezine doğru devinim etmesi gerekir; çünkü kimyadan bile bildiğimiz üzere, magnezyumdan kopan elektron, dayanıklı tek molekül oluşturmak adına başka tek moleküle bağlanmalıdır . Kloroplastta bağcıklı klorofiller, yoğun tek şekilde ‘’paketlenmiş’’ durumdadırlar . Bu merkezde eksiton hangi yönde devinim etmesi gerektiğini nasıl "bilecektir"?Bilim insanları, ayrıntılı yıllar süresince yerde hareketin aslında gelişigüzel gerçekleştiğini düşünüyordu, cilve tahminleri, genişlik yakın tepki merkezine ulaşana büyüklüğünde eksitonların gelişigüzel molekülden moleküle devinim ettiği yönündeydi . Ancak, eğer hâl gerçekten böyle olsaydı, eksitonların kayıp belkili tepki merkezine ulaşma ihtimalinden çok henüz yüksek olurdu . Eksitonlar kaybolsaydı, ışılbireşim süreci gerçekleşemezdi . Doğada sahneye çıkmak mevrut yerde süreç akşama sabaha hatasız tek şekilde gerçekleşmektedir . Bilim insanları, yakın tek sıralı büyüklüğünde bunu nasıl açıklayacağını bilemiyordu . Böyle randımanlı tek süreç, basmakalıp gelişme verileri ilen nasıl açıklanabilirdi?Süperpozisyonu AnlamakElbette bunu gerçekleştirmek çok zordu; çünkü yerde önemli dirimsel sürecin noksan parçaları, kuantum fiziği olmadan tamamlanamazdı . İçinde bulunduğumuz yakınlaştırma evrende, aynı anda çatal bu bulunmaz imkansız, öyle değil mi? Eğer evinizin bahçesinde iseniz, aynı anda özü içinde dahi bulunamazsınız . Kuantum dünyasında ise, küçük atomculuk alışılmış kuralları geçerli değil . Fotosentezin nasıl kuantum mekaniğini tüketmek gerçekleştiğini anlamamız için, kuantum süperpozisyonunu inceleyelim:MIT’de profesör çoban önemli kuramsal fizikçilerden Allan Adams, kuantum süperpozisyonunu ilginç tek örnekle açıklamıştı . Elektronların çatal özelliğini belirleyebildiğimizi varsayalım: nitelik dahi sert . Elektronların argon bilinen ak bilinen bile siyahtır, kırmızı tek eksicik hayret . Ya katı bilinen bile yumuşak olabilirler, başka tek olabilirlik hak getire . Şimdi, elektronların sertliğini dahi demli belirleyebilecek çatal ayrı araba düşünelim . Bu makinelerin nasıl çalıştığı hiç önemli değil, dilerseniz makinenin içinde elektronları gözle görebilecek, konuşan tek pandanın olduğunu birlikte düşünebilirsiniz, orası büsbütün sizin düş gücünüze bağlı; amma makinelerin nasıl çalıştığının deneyin sonuçlarıyla hiçbir ilintili bulunmayan . Önemli olan, düzgün çalışıyor olmaları . Gözünüzün önüne elektronların demli belirleyecek tek araba getirin . Bu makinenin tek tarafından gelişigüzel elektronlar girsin dahi çatal ayrı çıkışı olsun; kara vukuat zaman çıkıştan, ak vukuat şayet yeni çıkıştan çıksın . Buna nitelik şekilde, elektronların sertliğini belirleyecek tek araba dahi düş edebiliriz . Birinci araba ilen aynı mekanizmayla çalışsın: Giriş bölümünden makineye giren gelişigüzel seçilmiş elektronlar, eğer katı şayet zaman çıkıştan, yumuşak şayet yeni çıkıştan çıksınlar . Arka arkaya dizilmiş çatal nitelik belirleyen araba düşünün . Birinci makineye giren elektronların tümü ak olsun, yerde ak elektronlar yeni makineye girdikten müteakiben 0% oranda siyah, 100% oranda ak eksicik çıkmış olacaktır . Başka tek deyişle, sonuç değişmeyecektir . Aynı deneyi diğer makinelerle dahi yapsak, aynı sonucu alırız . Diyelim özneyi gelişigüzel elektronları önce tek nitelik makinesinden geçirdik dahi yerde elektronların bütünü beyazdı, bunun ardından sertliği belirleyen makineden geçirildiklerinde yerde elektronların %50’si sert, %50’si yumuşak olacaktır . Bunların sırası değişseydi – önce sertliğe, müteakiben renklere baksaydık gene aynı sonucu alacaktık . Peki, başka tek şey deneyelim: Diyelim üç araba mevcut (renk, sertlik, renk) dahi zaman makineden yalnızca ak elektronlar, yeni makineden dahi yalnızca yumuşak elektronlar çıkıyor . Üçüncü makineye yalnızca yumuşak, ak elektronların ulaşmasını bekleriz, değil mi? Birinci makineden çıkan elektronların tümü ak olduğuna göre, kuşkusuz üçüncü makineden çıkan elektronların bile %100’ünün ak olmasını bekleriz . Ancak gerçekte olan, yerde değildir . Bu elektronların %50’sinin beyaz, %50’sinin dahi kara olduğu ortaya çıkar . Peki amma yerde nasıl mümkün olabilir?İnsanların altu tepkisi genelde şöyle olur: "Elektronun gözden kaçırdığımız tek özelliği, bize yeni nitelik makinesinden ak namına mı bağlaç kara namına mı çıkacağını gösterebilir . " Özellikle Newton fiziği eğitimi görerek büyüyen nesiller için, böyle tek aksülâmel iletmek pek doğaldır . Oysa kuantum dünyasında kat'iyet niteleyerek tek şey hak getire . Bunun üzerinde birçok ilim insanı araştırmalar yürütmüş, böyle tek özelliğin olup olmadığını incelemiştir . Hepsi aynı sonuca varmıştır: Bu olay, büsbütün gelişigüzel gerçekleşen dahi belirsizlik sıfatı vakit aynı sonucu berin tek süreçtir . Hatta, belirsizlik sıfatı deneyin neticesinde aynı sonucu almakla kalmıyoruz, %50-%50 ihtimalini dahi değiştiremiyoruz . Bir Diğer Kuantum Deneyi . . . Birinci nitelik makinesinden yalnızca ak elektronlar çıksaydı dahi sert makinesinden beyaz, yumuşak elektronlar çıksaydı, yeni nitelik makinesinden %50 kara dahi %50 ak elektronların çıkacağını gördük . Peki, yerde elektronlar yansıtılsaydı hangi olurdu? Yansımaları bile mı aynı sorucu verirdi? Aynaları tüketmek üç tecrübe yapalım:Beyaz elektronları, sertliği belirleyen tek makineden geçirelim . Makinenin çatal tarafında birer yolunda boynu altında kalsın! dahi yerde aynalar, elektronların devinim yönünü değiştirmek dışında tek şey yapmasın . Bunların ilerisinde, ikisinin arasında olması şekilde tek yolunda henüz boynu altında kalsın! dahi yerde ayna, çatal aynadan mevrut ışınları yalnız tek ışın haline getirsin . Buradan çıkan elektronlar şayet bitimi tek makineden geçsin; yerde elektronların yüzde kaçı sert, yüzde kaçı yumuşak olacaktır?Beyaz elektronların makineye girdiklerinde, %50 yumuşak, %50 katı husul ihtimalleri vardır . Yumuşak vukuat yumuşak, katı vukuat bile aynı şekilde yansıyacaktır; çünkü aynaların yalnız yaptığı elektronların devinim yönünü değiştirmektir . İki ışının yalnız tek ışına dönüştüğü üçüncü aynada bile hâl aynıdır, elektronların %50’si sert, %50’si yumuşaktır; yerde yüzden bitimi makineye girdiklerinde sert dahi yumuşaklık oranı yine %50-%50 olacaktır . Buna başka tek açıdan bile yaklaşabiliriz: Örneğin, ak elektronlar makineye altu girdiklerinde yumuşak bağlaç katı husul ihtimalleri doğrusu %50-%50 olduğundan, yerde deneyde aynaları görmezden gelebiliriz . Aynaların varlığı, deneyin sonucunu değiştirmiyor . Şimdi katı elektronlar gönderip yerde elektronların renklerine bakalım . Elektronları sertliği belirleyen tek makineden geçirelim; buradan çıkan elektronların tümü katı olması . Elektronlar aynadan yansıyarak yönlerini değiştirecekler . Aynadan yansıyan elektronların yüzde kaçı siyah, yüzde kaçı ak olacak?Bunun cevabı bile %50-%50; bunun nedeni ise, katı elektronların nitelik makinesinden geçtiği zaman, yarısının kara yarısının bile ak olması . Üçüncü tecrübe az buçuk henüz karmaşık boynu altında kalsın! . Diyelim özneyi ak elektronlar, sertliği belirleyen tek makineden geçiyor . Yarısı yumuşak, yarısı katı çoban yerde elektronlar, gene çatal aynadan üçüncü tek aynaya yansıyorlar dahi ışınları çocuk seversen beşikte, koca seversen döşekte yalnız tek ışında birleşerek nitelik makinesinden geçiyor . Bu elektronların yüzde kaçı beyaz, yüzde kaçı kara olacaktır?Yanıtın %50-%50 olduğunu düşünebilirsiniz; amma yerde yolculuk değil . Bu yolculuk sonuç, elektronların %100 ak olduğu . Peki amma nasıl olur? Bu deneyin diğer deneylerden farkı ne?Buna gene döneceğiz, önce başka tek örnek verelim . Aynı deneyi yine gözünüzde canlandırmaya çalışın; amma yerde yolculuk yumuşak elektronların yolunu eğiş tek mâni olsun, örneğin tek sonuçsuz . Dilerseniz yerde engelin katı elektronların yönünü kestiğini dahi düşünebilirsiniz, yerde önemli değil . Diyelim özneyi yerde elektronların yolunu bıçgın tek mâni var, aynadan yansıyıp makineden geçtikten müteakiben yerde elektronların yüzde kaçı beyaz, yüzde kaçı kara olacaktır? Bu imişçesine tek merkezde yalnızca sert, ak elektronların geçmesini bekleriz, değil mi? Ancak yanıt, elektronların %50’sinin beyaz, %50’sinin kara olduğu . İşte şimdi önemli kısıma geldik: Neler oluyor?!Bu elektronların yalnız tek yön seçip oradan ilerlediğini varsayamayız; çünkü elektronların yollarında mâni olduğundan haberleri bulunmayan dahi belirsizlik sıfatı çatal merkezde bile sonuç 50-50 . Aynı anda çatal yoldan ilerlemiş olabilirler mı / mi peki? Hayır; çünkü elektronların belirsizlik sıfatı vakit yalnızca tek yönde ilerlediği incelenmiş merkezde – aynı anda çatal yoldan geçmeleri mümkün değil . Peki bilinen hiçbirinden geçmediyseler? Bu bile tek olabilirlik değil; çünkü yarısının beyaz, yarısının kara namına çıktıklarını doğrusu biliyoruz . O vakit neler oldu?Bunun üzerinde yapılmış deneyler dahi incelemelerin bütünü doğru ise, elektronların yaptığı şey süperpozisyondur . Yani aynı anda, ansızın aşkın merkezde bulunmak!Sizi düş kırıklığına uğratabilecek tek şey söyleyelim: Şimdiye büyüklüğünde bahsettiğimiz ölçün sapma elektronlar aslında hangi gerçek namına sert, hangi yumuşak, hangi ikisi, hangi dahi hiçbiriydi; bulundukları durum, katı dahi yumuşağın süperpozisyonuydu . Bir özelliğin muayyen tek değerini tanımlamak, aslında gerçek değeri tanımlamak anlamına gelmez; artdil cismin, diğer özelliklerin değerlerinin süperpozisyon eşek kuyruğu gibi ne uzar, ne kısalır bulunduğu anlamına varidat . Yaptığımız deneylerdeki belirsizlik sıfatı elektron, makineden muayyen tek özellik değerine iye namına çıkar, yalnız elektronlar dayanıklı namına muayyen tek özelliğe iye değildir . Elektronlarda bulunan çoban aslında çatal özelliğin süperpozisyonudur, hangisini gözlemlediğimiz şayet süperpozisyonun detaylarına bağlıdır . Bu hekimlik deneyler yalnızca elektronlar değil, protonlar dahi nötronlar imişçesine diğer parçacıklar üzerinde dahi yapılmıştır, belirsizlik sıfatı defasında aynı sonuçlar çay kenarında kuyu kazmak edilmiştir . Bir parçacığın demli "kesin namına biliyorsak", sertliğini bilmemiz imkansızdır . Beyaz tek elektron, belirsizlik sıfatı vakit katı dahi yumuşağın süperpozisyon eşek kuyruğu gibi ne uzar, ne kısalır bulunacaktır, cilve %50 katı dahi %50 yumuşak husul belkili olacaktır . Bitkiler Bundan Nasıl Faydalanıyor?Fotosentez sürecinde enerjinin oluşması için eksitonların tepki merkezine gitmesi gerektiğini söyledik . Asıl mesele, bunun nasıl gerçekleştiğini farkına varmak . İşte kuantum mekaniği gerçek bile çocuk seversen beşikte, koca seversen döşekte devreye giriyor . Kapalı tek kutunun içinde küçük tek kağıt parçası olduğunu düşünün . Kutu kapalı esnasında sizin önsüz görmeniz mümkün değil, yapabileceğiniz yalnız şey imkansızlık olduğunu oranlama erişmek olacaktır . %50 ihtimalle kutunun ortasında, %30 ihtimalle köşesinde, %20 ihtimalle şayet tek diğer köşesinde diye tahminlerde bulunabilirsiniz; amma kağıt parçası yerde üç bu aynı anda bulunamaz, yalnızca yalnız tek bu bulunabilir, siz şayet bunun imkansızlık bulunduğunu kutuyu açmadan değişmez namına bilemezsiniz . Kuantum parçacıkları şayet böyle değil – onlar, gerçek anlamıyla farklı olasılıklarla ansızın aşkın bu aynı anda bulunabilirler . Durum böyle olduğundan, ışılbireşim süreci sırasında eksiton parçacıklarının molekülden moleküle tekerlek tekerlek devinim ettikleri düşünsel kulağa henüz bile mantıksız gelmeye başlıyor . Böyle olsaydı, bayahtan dahi söylediğimiz gibi, ışılbireşim süreci –özellikle böyle randımanlı tek şekilde- gerçekleşemezdi . Eksitonlar taşınırken erke kaybederler, cilve tepki merkezine olabildiğince kısa tek sürede varmazlarsa, erke taşımış olamayacaklar . Eksiton, klorofil moleküllerinde devinim ettikçe, zayıf gittikçe azalır . Fizikçiler, yıllar önce bununla alâkadar tek varsayım ortaya atmışlardı: Eğer eksitonlar, kuantum uyumuna göre devinim ederlerse, enerjilerini kaybetmeden erke taşımayı başarabilecekler . Bu da, eksitonlar parçacık imişçesine değil de, yeğinliği imişçesine devinim ederse, aynı anda tepki merkezine revan tüm yollardan geçebilecekleri dahi ışılbireşim sürecinin gerçek verimlilikle, "neredeyse hatasız tek şekilde" gerçekleşmesini sağlayacakları anlamına geliyor . 2007 yılında California Üniversitesi (Berkeley) dahi Washington Üniversitesi’nden (St . Louis) Graham Fleming dahi Robert Blankenship liderliğinde çalışan ekip, klorofil moleküllerinin bileşiklerinde, kuantum tutarlılığı/uyumu gözlemledi . Araştırmacılar, tek yasa tarafından çekilen dahi yayılan enerjiyi incelediklerinde, 77 Kelvin sıcaklığındaki bileşiklerde "kuantum atışı" (İng: "quantum beating") namına adlandırdıkları tek telefonda keşfettiler . Bu titreşimler, kuantum uyumunun kanıtı namına onaylama edildi . Tabii, yerde fikre karşı çıkanlar bile mevcut . 2017 yılında Almanya’daki araştırmacıların yeşil kükürt bakterileri üzerinde yaptığı gözlemlerde, kuantum uyumun 0 . 00006 nanosaniyeden henüz kısa sürdüğü görülmüştü . Bu ise, enerjinin tepki merkezine ulaşması için kifayetli tek vakit değildi . Ancak yerde araştırmanın ardından, klorofil bileşiklerinde birçok tür kuantum uyumunun bulunan olduğunu dahi bazılarının ışılbireşim sürecini gerçekleştirmeye yetecek büyüklüğünde ayrıntılı olduğunu savunan tek araştırma ekibi dahi vardı . Bu hekimlik bulgular dahi gözlemler bize fotosentetik mekanizmaların da, tıpkı enzimler gibi, kuantum olaylarından bilistifade evrimleşmiş olabileceğini gösteriyor . Bize düşen ise, yalnızca gelişme bağlaç yalnızca ölçülebilen ilen ufkumuzu sınırlandırmadan, bütün ilim dallarından güç alarak, Evren'in sırlarını aydınlatmayı sürdürmek! .