Biyolojide Kuantum Mekaniği

Kuantum mekaniği diyoruz, kuralları bugün bile tam olarak ortaya çıkartılamamış atom altı parçacıklar dünyası.

Nasıl olmuş da bilim insanları böyle bir illüzyon dünyasına doğru yolculuğa çıkmayı akıl etmişler, insan hayrete düşüyor.

Aslında her şey Edison’un bildiğimiz lambayı bulmasıyla başlıyor.

Evet, şaşırmayın, basit bir lamba kuantum dünyasına ilk adımın atılmasına sebep olmuş.

Peki bu nasıl olmuş?

Max Planck, yani ünlü Alman teorik fizikçi Max Karl Ernst Ludwig Planck Edison’un bulduğu lambanın ısındıkça renk değiştirdiğini fark etmiş ve bunun sebebini merak etmiş.

1890’lı yıllarda Planck yaptığı hesaplarla ışığın rengi, frekansı ve enerjisi arasında bir bağlantı olduğunu bulur.

Ancak ne kadar sıcak bir ortamda olursa olsun, lambanın verdiği ışık başlarda kızıl renklidir ve ısındıkça daha parlak, ama sarı-beyaz arası bir renge bürünmektedir. Mavi ton ışık bu lambalarla elde edilememektedir.

Güneş de o kadar sıcak olsa da gün ışığı dediğimiz görünebilir ışık aslında yoğunluğu kırmızının tonları olan bir ışıktır.

Mavi ışık ise daha yüksek voltajlarda elde edilebiliyor.

Işık ile elektrik arasında bir ilişki vardır. Mavi ışık ise kırmızı ışıktan çok daha fazla enerjiye sahiptir.

Bu konuya fotoelektrik etkisi deniyor. 

***

Burada bir başka Alman teorik fizikçi devreye giriyor. Albert Einstein!

Albert Einstein’in relativite dışında fotoelektrik konusunda da çalışmalar yaptığını biliyorsunuzdur sanırım.

Hatta bilim dünyasına yaptığı onca hizmete rağmen alabildiği Nobel fizik ödülü fotoelektrik yasasının keşfi üzerine.

Bugün güneş panelleri ile elde edilen elektrik enerjisinin teorik altyapısı daha o günlerde Albert Einstein tarafından hazırlanmış.

Einstein ışığın dalga olarak değil, foton dediğimiz kuantum düzeyde enerji partikülleri ile taşındığını ve frekansı dolayısıyla kırmızı ışığın enerjisinin düşük, mavi ya da mor ötesi ışınımın da yüksek frekansı sebebiyle daha fazla enerjiye sahip olduğunu keşfeder.

Bir atomdan elektron kopartabilmek için kırmızı ışığın enerjisi yeterli olmamaktadır.

Buradan da elektronların atom çekirdeği etrafında belirli enerji seviyelerinde hareket ettikleri ortaya çıkar.

Buyurun, kuantum dünyasına hoş geldiniz. 

Kuantum, yani parçacık.

Kuantum fiziği “parçacık fiziği” demek!

***

1922, kafalar karışık. Birinci dünya savaşı henüz bitmiş, Osmanlı parçalanmış, Amerika’da jazz müziği ünlü olmuş, Niels Bohr ile Albert Einstein halen daha tartışıyorlar. 

Işık dalga mıdır, parçacık mıdır?

Çift yarık deneyinin ilk defa yapıldığı zamanlar.

***

Kuantum mekaniği konusunda Niels Bohr ve Albert Einstein’ın tartışmaları ise çok daha fazla gündemdedir.

Kuantum dolanıklılığı konusunda Albert Einstein sonunda o ünlü sözünü söyler:

Tanrı zar atmaz!

Ancak kuantum dünyasının kendine has kuralları vardır ve bu kurallar günlük yaşamımızda bildiğimiz kurallardan çok farklıdır.

Evet, görünen o ki, tanrı da zar atmayı seçmiş. 

Bugün artık Einstein’ın bu konuda yanıldığını biliyoruz. 

Alain Aspect, John Clauser ve Anton Zeilinger yaptıkları deney ile 2022 yılında Nobel fizik ödülünü almıştı ve Einstein’ın bu konuda yanıldığını ispat etmişlerdi.

***

Tüm bu atom altı dünya tartışmaları bir yana, bugün attık kuantum mekaniği günlük yaşamımızda hayatımıza girmiş durumda. 

En azından şifreleme konusunda kuantum dünyasının kuralları kullanılmaya başlandı bile.

Bunun yanında ultra hassas saatler, süper hızlı kuantum bilgisayar, çok gelişmiş mikroskoplar, ve biyolojik pusulalar.

Evet her geçen gün kuantum dünyasının kuralları kullanılarak yeni yeni keşifler yapılıyor. 

Bu garip kuralları ve sebeplerini anlamak ile uğraşan bilim insanları bir yanda dursun, bu kuralların varlığını kabul ederek sorgulamadan kuantum mekaniğinin günlük yaşama faydaları konusunda çalışan oldukça çok bilim insanı ve araştırmacı var.

***

Bu araştırma alanlarından biri de kuantum biyoloji!

Biyoloji dünyasında kuantum kuralarını kullanan canlılar olabilir mi?

Yoksa canlılık dediğimiz şey sadece kimyasal düzeyde, yani maddelerin birbirine kovalent bağlarla, yani elektron alışverişi ile bağlanması yoluyla mı oluşmuştur?

***

Kuantum mekaniği derken neden bahsediyoruz?

Kuantum konumu, yani bir bilginin hem doğru hem de yanlış olduğu o belirsizlik hali, kedinin hem ölü, hem de canlı olduğu hal, henüz içini açıp bakmadan kapalı bir kutu içerisindeki eldivenin hem sağ, hem de sol eş olma durumu, hem mavi, hem de kırmızı renge sahip olması durumu. 

Yani bir anlamda şansınıza bağlı olduğu durum, bir anlamda tanrının zar attığı durum.

İşte bilim insanları bugünlerde biyolojide kuantum seviyede olanları inceleme hevesine girmişler.

Mesela göçmen kuşların yönlerini bu kadar mesafeden sadece dünyanın manyetik alanı yardımıyla mı bulabildiklerini, yoksa kuantum seviyede bir etkinin yön bulmalarında bir rolü var mıdır, bunu inceliyorlar. 

Yapılan deneylerde manyetik pusulası laboratuvarda özel yöntemlerle karıştırılan göçmen kuşların yine de yönlerini bulabildikleri gözlenmiş. Bunun kuantum düzeyde kimi etkiler ile gerçekleştiğine inanılıyor.

Yine koku almamızın kuantum düzeyde reaksiyonlar ile mümkün olabildiğine dair, daha doğrusu reaksiyon değil de, kuantum titreşimleri ile mümkün olduğuna dair çalışmalar var.

Yine bir anlamda yaşamın var olmasını sağlayan mutasyonların gerçekleşmesinde kuantum düzeyde etkilerin sebep olduğu düşünülüyor. 

DNA’mızdaki bu mutasyonlar sayesinde evrimleştiğimiz zaten evrim konusunda çalışan bilim insanları tarafından ortaya çıkartılmıştı. 

Biyolojide kuantum mekaniği üzerine çalışan bilim insanları ise bu mutasyonların nasıl gerçekleştiğini inceliyorlarmış ve kuantum sıçraması adı verilen bir olay sayesinde DNA moleküllerinde kimi protonların çözülmesi ile daha önceki bir yazımda bahsettiğim azot bazlı nükleotitler olan Adenin ve Timin bağlantılarında yanlış molekülün yanlış molekül ile bağlanmasının mümkün olabildiği, bunun da mutasyona sebep olduğu keşfedilmiş.

Kısacası artık kuantum mekaniği biyolojiye de el atmış görünüyor.

***

Bu incelemeler doğal olarak üniversitelere ayrılan kaynaklar ile mümkün olabiliyor. Kaynaklar ise devletler tarafından ayrıldığı için bilim bir anlamda devletlerin bilime bakış açısıyla, devlet politikası ile orantılı olarak gelişebiliyor.

Sanırım bizim devletimizin de bu konuda yeni bir bakış açısı geliştirmesi gerekiyor. 

Değişim şart yani, bu aralar herkes değişimden bahsederken bu konuya da değinmeden bu yazıyı bitirmek olmaz diye düşündüm.

Evet, her zaman olduğu gibi bilimle kalın diyerek bugün de sonlandırayım yazıyı.

Moskova’dan herkese sevgi ve saygılarımla