[Column] Kwantumbiologie

[Kappetijn]

Onlangs las ik het boek(je) ‘Echt Quantum’ van Martijn Calmthout, wetenschapsjournalist bij de Volkskrant. Het is een zeer lezenswaardig boek over de krankzinnige werkelijkheid van de kwantummechanica. Calmthout laat aan de hand van voorbeelden zien dat de kwantummechanica weliswaar onbegrijpelijk is, maar toch akelig nauwkeurig het gedrag van materie op sub-atomair niveau beschrijft. En daar blijft het niet bij. De effecten van de kwantummechanica zijn niet alleen meetbaar en merkbaar in breinbrekende proeven in geavanceerde laboratoria, maar zijn in toenemende mate ook zichtbaar in ons dagelijks leven.
 
Calmthout heeft de verhaallijn in zijn boek opgehangen aan een gefingeerd gesprek met Albert Einstein en Niels Bohr in het fameuze Brusselse hotel Metropole. Tegen het einde van het gesprek vertelt Calmthout aan Einstein en Bohr over de oprukkende kwantumbiologie waarin steeds meer biologische processen worden verklaard aan de hand van de magie van de kwantummechanica. De voorbeelden zijn onder andere het navigeren van trekvogels, de effectiviteit van fotosynthese, het herkennen van geuren en de transformatie van een kikkervisje in een kikker. Calmthout beschrijft hoe Einstein wat ongedurig wordt en mopperend uiting geeft aan zijn weerzin tegen de kwantummechanica met spookverschijnselen zoals verstrengeling, waarbij een deeltje op het moment dat het wordt waargenomen een ander deeltje op (grote) afstand instantaan beïnvloedt. Dit onbegrijpelijke fenomeen van de kwantummechanica zou een verklaring zijn voor de manier waarop het Roodborstje iedere herfst zijn weg vindt van het noorden van Zweden naar de Middellandse Zee. Calmthout laat Einstein zeggen: “Maar in diepte weet de natuurkunde eigenlijk niet wat er gaande is.” Bohr legt een hand op de arm van Einstein en zegt: “Wat doet het er toe? Als het maar werkt!”
Kwantumbiologie werd al in 1944 door een van de grondleggers van de kwantummechanica en Nobelprijswinnaar Erwin Schrödinger als onderzoeksterrein genoemd in zijn boek  ‘What Is Life?’ Een van de mensen die al enige tijd flink aan de weg van de kwantumbiologie timmeren, is Jim Al-Khalili, hoogleraar Natuurkunde aan de Universiteit van Surrey in het Verenigd Koninkrijk (VK). In de BBC documentaire‘Het geheim van de Kwantummechanica’ besteedt hij de tweede DVD ‘Let there be Life’ geheel aan deze nog relatief jonge wetenschapstak. Khalili’s enthousiasme spat er vanaf. Zo ook tijdens zijn Ted Talk lezing van juni dit jaar 'How quantum biology might explain life's biggest questions'.
 
Khalili schreef samen met Johnjoe McFadden het boek ‘Life on the Edge: The coming of age of quantum biology’. Dat was in november 2014  voor New Scientist een reden een kritische reactie te schrijven onder de titel ‘Are we ready for quantum biology?’ In het artikel ‘Q-biology, or not’ levert Matthew Cobb, hoogleraar Zoölogie aan de Universiteit van Manchester (VK) kritisch commentaar. Hij stelt dat kwantumeffecten onder alle moleculaire structuren liggen, maar dat dat niet betekent dat alle fenomenen in termen van kwantumvergelijkingen kunnen worden verklaard. Zo heeft experimentator Cobb zijn bedenkingen bij de theoretische verklaring van fotosynthese door het inzetten van kwantumverstrengeling. Hij zegt: “De belangrijkste woorden in wetenschap zijn ‘we weten het niet’.”
Toch moet ik bekennen dat ik behoorlijk opgewonden raak van de eerste schuchtere stappen in de kwantumbiologie. Biologische fenomenen die nu worden bestudeerd in termen van kwantumprocessen zijn naast de al genoemde fotosynthese en waarneming van magnetische velden: het zien, de omzetting van chemische energie in beweging, DNA mutaties en Brownse bewegingen in processen in de cel. Het is boeiend te lezen hoe die waanzinnige kwantummechanica niet alleen een belangrijke rol speelt in dode materie, maar ook in levende materie. Ik kijk uit naar de volgende ontdekkingen.