季老师的量子生物读书会，科普书《Life On The Edge》翻译。
本人英语很差，翻译主要是为了学习科普读物本身内容方便，顺便用作英文学习练习之用。
选择部分内容发到简书上分享。请勿用于商业用途。
在1970年早期，认为这一怪异的量子纠缠属性参与了普遍的化学反应的观点被认为是古怪的。就在同时，很多和爱因斯坦一样怀疑纠缠的粒子效应是否真的存在的科学家，都没人侦测到过纠缠的粒子。但是之后过了十几年，许多机智的实验室进行了一系列实验，确证了这些鬼魅般的连接是确实存在的，而其中最有名的实验早在1982年就由巴黎南大学的Alain Aspect所领导的法国物理学家团队完成。
Aspect的团队在纠缠偏振态下生成了一对光子（光的能量子），光偏振现象很像是我们日常生活中，戴上墨镜产生的偏振现象。每个光子都有一种方向性，这种方向性就是光子的偏振角，偏振角有点像是我们之前介绍的自旋性质。阳光的光子会以所有可能的偏振角行进，但在经过偏光镜的过滤后，只有处于特定偏振角方向的光子能够穿过偏光镜继续行进。Aspect生成的光子对不仅仅是偏振方向不同——我们就暂且理解为方向是一个向上一个向下吧——而且还处于相互纠缠之中；此外，就像是先前我们说的舞伴效应那样：它们各自朝着自己的方向前行，直到被测量为止。
测量是量子力学中最神秘——而且还是最具争议的——部分之一，因为测量涉及到的问题正是我们之前已经跟你提到过的：为什么我们看到的一切都无法进行这些奇异的量子行为，而量子粒子却能呢？答案便是，在微观的量子世界之下，粒子可以进行这些奇怪的行为，比如同时做两件事，可以穿墙而过，进行鬼魅般的超距连接之类——仅当它们没有被观测的时候。一旦被观察，或以某种方式测量，它们就会失去它们的奇异特征，其行为也会变回我们身边的经典物体那样。但是当然，这就是另一个问题了：为什么测量如此特殊，能使量子粒子的行为从量子行为转变而为经典行为呢？这一问题的答案在我们的故事中至关重要，因为观测位于量子世界和经典世界之间的分界线，也就是量子的边缘上。想必你也猜到了本书标题是怎么来的了，这一标题正是宣称着这一点——生命也位于这边缘上。
我们将在本书中探索量子测量，同时我们也希望你可以渐渐地了解这些神秘过程的微妙之处。现在，我们仅仅考虑这一现象最简单的解释，说它是一种量子效应，就像是偏振态，一旦被以科学器材测量，就会立刻忘记自己所有量子态下的技能，转而为稀松平常的经典属性，比如光子的偏振角不再能够同时朝向多个方向，而只朝着一个方向。所以，当Aspect通过观察光子对是否能穿越偏振透镜来测量了纠缠态光子对的偏振态时，光子对瞬间失去了与搭档之间相互的鬼魅般的连接，一个光子只剩下了一个偏振方向，无论两个光子之间相距多远，另一光子也会变得一样。至少，这就是彻底让爱因斯坦头疼不已的，量子力学方程的预言。
Aspect和他的团队完成了他们这一著名的双光子实验，在实验室中，把光子对分开了几米远，这一距离足够远，即使是在两者之间光速旅行——相对论告诉我们，没什么能比光速更快——也不会对他们的偏振角有任何影响。然而，测量成对的粒子是相互关联的：当一个光子的偏振角朝上时，另一个就会被发现是朝下的。自1982年以来，这一实验被重复多次，光子对的间距甚至提升至了几百英里，而他们之间依然存在着爱因斯坦所不能接受的，鬼魅般的纠缠连接效应。
Aspect的实验是在Schulten提出纠缠效应参与了鸟类指南针工作之后的几年后进行的，而且这一现象在当时仍有争议。同样的，Schulten也不知道这样的一个尚不清晰的化学反应是如何允许知更鸟看见地磁场的。之所以我们这里要说「看见」，是因为Wiltschkos夫妇发现了另一个特质：尽管欧洲知更鸟在夜间迁徙，但启动它的磁指南针还是需要一点光的（大概是在可见光谱的蓝光末尾附近的光），这就提示了我们，鸟类的眼睛在这一过程中起到了至关重要的作用。但是，除了视觉，眼睛是如何同时帮助提供磁感应能力的呢？无论有没有一对基础的配套机制，这都是一个完完全全的谜团。
在20多年以前，鸟类指南针拥有量子机制的理论在科学界失去了活力。Schulten回到了美国，在伊利诺伊大学香槟分校组建了他非常成功的理论化学物理小组。但是他从未忘记他的古怪理论，并且还继续重写了一片论文，提出也许可以生成自由基对的候选生物分子（由活细胞组成的分子）对快速三重反应是必要的。但是并没有真正符合要求的生物分子存在：既没有能生成自由基对的，也没有在鸟类的视线中可以呈现的。但在1998年，Schulten了解到有一种被称为隐花色素的谜之光受体，在动物的眼睛中被发现。这立刻给他的科学直觉敲响了警铃，因为隐花色素曾被认为是一种可能生成自由基对的蛋白质。
在当时，一位名叫Thorsten Ritz的有天赋的PhD加入了Schulten的团队。作为一名法兰克福大学的毕业生，Ritz早就听闻过Schulten关于鸟类指南针的讲话，并为之吸引。当机会来临时，他立刻以做PhD的机会加入了Schulten的实验室，最初在做光合作用领域的工作。当隐花色素的故事磁感应，在2000年他和Schulten共同发表了题为《一个基于光感受器的鸟类磁感应模型》的论文，描述了隐花色素是如何为鸟类的眼睛提供量子指南针的（我们将在第六章更丰富地重述这一主题）。四年后，Ritz和Wiltschkos夫妇联手，一同进行了关于欧洲知更鸟的研究，并由此提供了首个用以支持他们的鸟类使用量子纠缠来进行全球导航的实验证据。由此看来，Schulten一直都是对的。2004年，他们的论文发表在英国著名的《自然》杂志上，引起了热议，而鸟类的量子指南针瞬间成为了量子生物学这一新兴学科的模范案例。
假若量子力学是一种常态，那为什么我们还要对量子生物学如此兴奋呢？
我们之前描述了太阳中心的量子隧穿效应和量子叠加效应，以及一些技术设备如电子显微镜和磁共振成像扫描仪。那么，为什么我们要对量子现象出现在生物学中感到惊讶呢？毕竟，生物只是应用化学的一种，而化学又只是应用物理学的一种。所以，当你认真考虑到世间万物，包括我们和其他生物在内一切的原理时，这些难道不都只是在讨论物理学吗？然而，这的确是那些接受了量子力学必定可以在深层与生物学有关联的科学家们的争论话题，但是他们坚称，学科的角色是什么只是小事。他们的意思是说，既然量子力学的规则管理着原子的行为，而生物学本质上也包括了这些内部的原子，量子世界的规则必须在生物学的最小尺度内——也仅能在这一尺度内进行了。其结果就是，量子尺度内的行为对大尺度的生命过程的影响效果将会极小，甚至几乎没有。
这些科学家们，当然，至少他们部分是对的。生物分子，如DNA或酶，都是由质子和电子这些由量子力学管理的基本粒子构成的。要是这么说呢，你正在读的这本书或者你正在坐着的这把椅子也有同样的结构，所以你平常吃喝拉撒逛大街吹牛甚至思考，在本质上都必须遵从量子力学这一管理电子、质子和其他微观粒子的理论，就连你家的车或者烤面包机，本质上也都是量子力学。然而，总得来说，你不需要知道这些。当汽车修理师不需要你去大学学量子力学，而多数生物课程也逗不会提到量子隧穿、量子纠缠和量子叠加。我们绝大多数人都不需要知道这些，都不需要知道在最基本的层面上，我们熟悉的这个世界是如何用一种完全不同的规则运行的。奇异的量子效应只发生在很微小的层面上，并不会经常使我们每日常用常见的大物件，比如汽车和烤面包机之类，显得有什么不一样。
为什么不这么想呢？足球不会穿墙而过，人与人之间也不可能有那种鬼魅般的连接（除非胡说八道说有心灵感应存在），更令人伤心的是，你都不能同时在家又在办公室——然而，基本粒子就在足球和人的内部，可以做出我们上述的这些事情。为什么有一条断层，有一个边缘，存在于我们所视的世界和物理学家所知的，确实存在的世界之间呢？这是整个物理学中最深重的问题，这一问题也关系到我们先前提到的量子测量：当一个量子系统与一个经典测量设备相互作用时，比如Alain Aspect的实验中的偏振透镜，量子系统就会失去其量子的奇异特性，并且和经典物体的行为一样。但是物理学家进行的测量不会对我们观察眼前世界的方式负责，所以，在物理实验室外，开展的同破坏量子行为等价的函数到底是什么？
