Искусственный фотосинтез
Искусственный фотосинтез
Татьяна Пономарева Опубликована сегодня в 8:03

Солнечные батареи обзавидовались бы: как растения используют суперпозицию для накопления энергии

Квантовая запутанность помогает растениям проводить фотосинтез без потерь — учёные США

Растения миллионы лет назад нашли способ использовать энергию света с невероятной эффективностью. Новое исследование учёных из Университета Райса показало: в основе этого процесса может лежать квантовая запутанность — феномен, который в привычном мире выглядит как "обман" законов физики. Эти выводы помогают объяснить, как фотосинтез работает столь быстро и без потерь, и дают идеи для создания новых технологий.

Сравнение: классическая и квантовая модель передачи энергии

Модель Особенности Скорость Устойчивость к помехам
Классическая Энергия движется по одному пути, часто "натыкаясь" на препятствия Средняя Низкая
Квантовая (суперпозиция и запутанность) Энергия стартует сразу из нескольких точек Высокая Высокая
Гибридная (учёт вибраций среды) Внешние колебания могут помогать процессу Выше средней Средняя

Советы шаг за шагом

  1. При изучении фотосинтеза учитывайте не только биологические, но и квантовые процессы.

  2. Рассматривайте роль суперпозиции: энергия не выбирает один путь, а идёт сразу несколькими.

  3. Примите во внимание влияние среды: вибрации молекул иногда ускоряют, а не мешают процессу.

  4. Используйте аналогичные принципы при разработке технологий — например, солнечных панелей.

  5. Следите за экспериментами на квантовых платформах (системы ионных ловушек) — они подтвердят модели на практике.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

  • Ошибка: рассматривать фотосинтез исключительно как химическую реакцию.
    Последствие: неполное понимание процессов передачи энергии.
    Альтернатива: учитывать квантовые эффекты — суперпозицию и когерентность.

  • Ошибка: игнорировать влияние среды на молекулы.
    Последствие: модель оказывается нереалистичной и не объясняет устойчивость процессов.
    Альтернатива: включать вибрации и внешние помехи в расчёты.

  • Ошибка: полагать, что квантовые эффекты актуальны только для вычислительной техники.
    Последствие: упускаются идеи для биоинспирированных технологий.
    Альтернатива: применять эти принципы при создании новых материалов и устройств.

А что если…

А что если квантовые эффекты можно будет напрямую встроить в солнечные батареи? Тогда КПД таких панелей значительно вырастет, а их размеры и стоимость снизятся. Это может изменить весь энергетический рынок, сделав возобновляемые источники ещё доступнее.

Плюсы и минусы квантового подхода к фотосинтезу

Плюсы Минусы
Объясняет высокую эффективность природы Пока подтверждено только на моделях
Даёт основу для новых технологий Требует сложных экспериментов
Устойчивость к помехам и потерям Сложность переноса на макроуровень
Возможность создания "квантовых батарей" Высокая стоимость исследований

FAQ

Как квантовая механика связана с фотосинтезом?
Энергия в листьях движется не по одному пути, а сразу по нескольким, благодаря суперпозиции.

Кто подтвердил этот эффект?
Исследование провела команда из Университета Райса, результаты опубликованы в PRX Quantum.

Можно ли использовать это в технологиях?
Да, учёные надеются применить принципы квантовой когерентности в солнечных батареях и наноматериалах.

Мифы и правда

  • Миф: квантовая механика нужна только в компьютерах будущего.
    Правда: природа использует её прямо сейчас, в процессе фотосинтеза.

  • Миф: внешние вибрации всегда мешают квантовым процессам.
    Правда: иногда они помогают ускорить передачу энергии.

  • Миф: фотосинтез полностью понятен на уровне химии.
    Правда: квантовые эффекты играют ключевую роль в его эффективности.

Исторический контекст

  • XX век: фотосинтез изучался в основном как химическая реакция.

  • 1990-е: появились первые предположения о роли квантовой механики.

  • XXI век: разработка моделей, подтверждающих участие когерентности.

  • Сегодня: учёные используют квантовые симуляторы для проверки гипотез.

Три интересных факта

  1. Энергия в листьях может перемещаться со скоростью, близкой к "квантовому мгновению" — быстрее, чем допускает классическая физика.

  2. Даже в шумной среде молекулы фотосистемы сохраняют когерентность дольше, чем ожидали физики.

  3. Идея "квантового фотосинтеза" может стать основой для создания искусственных листьев.

Подписывайтесь на NewsInfo.Ru

Читайте также

Эритропоэтин активирует нейропластичность и может применяться при инсульте — данные учёных сегодня в 9:03
Гормон, который думает вместе с вами: почему учёные рассматривают ЭПО в лечении инсульта и деменции

ЭПО известен как "кровяной гормон", но новые исследования раскрывают его скрытую роль в мозге — от памяти до защиты нейронов.

Читать полностью »
Учёные Университета Юты открыли гриб, создающий биосовместимые гидрогели сегодня в 7:03
Гриб вместо хирурга: как мицелий превращается в каркасы для живых тканей

Гриб Marquandomyces marquandii создаёт уникальные гидрогели, которые удерживают до 83% воды и могут стать основой медицинских имплантов будущего.

Читать полностью »
Животные появились шестьсот миллионов лет назад – подтверждают данные эдиакарских окаменелостей сегодня в 6:40
Грибные гиганты ростом с дерево: кто правил Землёй до растений и животных

Грибы появились задолго до растений и могли стать первыми "инженерами суши". Узнайте, как их история меняет представление об эволюции.

Читать полностью »
Археологи Аргентины доказали влияние охоты людей на исчезновение мегафауны – Science Advances сегодня в 5:40
Гигантский танк с панцирем: как броненосцы и ленивцы кормили племена до полного исчезновения

Новые археологические находки в Аргентине показывают: древние люди охотились на гигантов не случайно. Их выбор изменил экосистему континента.

Читать полностью »
Гарвардский астрофизик Лёб заявил о возможном искусственном происхождении ледяной кометы 3I/ATLAS сегодня в 4:22
Комета размером с город: что скрывает ледяной странник 3I/ATLAS в космосе

Учёные обнаружили у кометы 3I/ATLAS странный химический состав и гигантские размеры. Но что, если она вовсе не природное тело?

Читать полностью »
Гарвардский профессор Леб: смена цвета кометы 3I/ATLAS связана с химическими реакциями сегодня в 3:26
Межзвёздный пришелец меняет облик: что скрывает сияние кометы 3I/ATLAS

Редкая межзвёздная комета 3I/ATLAS удивила астрономов: всего за пару месяцев её свечение сменилось с красного на зелёное. Почему это произошло?

Читать полностью »
The Astrophysical Journal Letters сообщил об открытии растущей планеты-сироты сегодня в 2:26
В тьме космоса вспыхнул гигант: сирота-планета набирает массу как звезда

Учёные зафиксировали уникальный объект — планету-сироту, которая растёт со скоростью миллиардов тонн в секунду. Как это возможно?

Читать полностью »
ESA: телескоп Gaia зафиксировал гигантскую волну в диске Млечного Пути сегодня в 1:22
Галактика зашевелилась: волна прокатилась по Млечному Пути

Огромная волна прокатилась по Млечному Пути, затронув десятки тысяч световых лет. Учёные ищут её причину и уже готовят новые карты звёзд.

Читать полностью »