生物学中的量子效应

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在宏观条件下，生物系统受环境波动的影响，它们的量子特征一般都被抑制了，因为环境的波动比较慢，来不及影响生物过程。但是在分子和蛋白质量级，主要生物过程大多在皮秒或纳秒的时间范围内发生，因此它们的量子现象显现出来了。譬如生物体系中的电子隧道以及酶中的质子隧道效应等等。量子力学能精细地描述我们周围的世界。2009年以来量子生物学发展很快，相关的国际学术会议及论著数量猛增。目前研究的热点是量子力学与生物学之间的界面问题。本书采用实验与理论相结合的方法，探讨了受量子现象强烈影响的一些生物学领域。这些领域包括：光合作用中光捕获时的相干能量转换，禽流感中的自旋相干，以及嗅觉中的分子识别问题等。

本书分成三大部分共15章：第一部分 引言，包括第1-4章：1.量子生物学：引言；2.用开放量子系统来探讨生物系统；3.广义Frster共振能的转换；4.多维电子光谱的原理。第二部分 在微生物光合成能量转换中的量子效应，包括第5-7章：5.颜料―蛋白质复合物的结构、函数和量子动力学；6.量子相干性的直接观测；7.在环境辅助下的量子输运。第三部分 高级生物体中的量子效应及其应用，包括第8-15章：8.光合作用中激发能的转换及能量守恒；9.蛋白质中的电子传输：根据量子力学的隧道效应，生物体内的电子能直接穿过蛋白质的骨架，这种电子隧道是生物体内能量传递的主要途径；10.用于鸟类导航的化学指南针；11.视网膜的量子生物学；12.嗅觉的量子振动效应；13.从某个视角来看生物体系中可能出现的纠缠；14.仿生量子材料的设计和应用；15.碳纳米管中的相干激发。本书目录的后面有各章作者的简介。书的末尾有参考书目和主题索引。

本书第一编著Masoud Mohseni是谷歌公司资深的研究科学家，他开发了以量子动力学为理论基础的机器学习算法。他在研究量子输运、量子测量以及开放量子体系在生物学中的应用方面做出了突出贡献。

本书是一本适合物理系、生物系和化学系高年级大学生以及研究生用来了解量子力学在生物学中应用的理想的参考书，也是对量子生物学感兴趣的青年科学家和博士后的有益参考书。

刘克玲，退休研究员

（中国科学院过程工程研究所）