Загадочное явление квантовой механики позволяет птицам видеть магнитные поля планеты и ориентироваться в них

Пятая часть из 10 000 видов птиц Земли мигрирует на большие расстояния, преодолевая, казалось бы, непреодолимые препятствия, следуя сезонам.

Журавли-демуазели, пролетая над Гималайскими горами, поднимаются на высоту более 20 000 футов. Полярная крачка путешествует от полюса к полюсу в погоне за бесконечным летом, преодолевая расстояние около 40 000 миль.

Ученые давно предполагают, что некоторые животные используют магнитные поля, чтобы найти свой путь, но биологи не могут понять, как они это делают.

Теперь некоторые ответы могут быть получены благодаря одному из самых загадочных взаимодействий в физике.

Квантовая запутанность диктует, что если два электрона создаются одновременно, то эта пара будет "запутанной", так что все, что происходит с одной частицей, влияет на другую. В противном случае это нарушило бы фундаментальные законы физики.

Эти две частицы остаются запутанными, даже если их разделяют огромные расстояния.

Таким образом, если одна частица имеет спин вверх, то другая должна иметь спин вниз, но самое удивительное, что ни одна из них не будет иметь спина, пока их не измерят. 

Это означает, что вы не только не узнаете, каков спин электрона, пока не измерите его, но и то, что сам акт измерения спина сделает его спином вверх или спином вниз.

Как бы ни было трудно поверить в запутанность, а также понять ее, она является хорошо установленным свойством квантовой механики. И некоторые физики предполагают, что птицы и другие животные могут использовать этот эффект, чтобы видеть и ориентироваться в магнитных полях Земли.

Процесс может происходить через световое взаимодействие химических веществ в глазах птиц.

Свет возбуждает два электрона на молекуле в птичьем глазу, переключая один из них на вторую молекулу, но эти два электрона остаются спутанными, даже если они разделены.

Магнитное поле Земли изменило бы выравнивание спинов электронов и в процессе изменило бы химические свойства молекул. Физики подозревают, что в результате реакций в глазу останутся различные концентрации химических веществ, которые, возможно, создадут картину магнитного поля нашей планеты, позволяющую птицам ориентироваться.

Теория пока находится в зачаточном состоянии, но биофизики уже обратили внимание на несколько химических веществ, которые могут позволить птицам обнаружить спутанность.
Одно из таких химических веществ называется криптохром, и его потенциальные эффекты уже изучаются.

Считается, что коррелирующие пары образуются в криптохроме в присутствии синего света.

Группа физиков из Калифорнийского университета в Ирвайне также изучала способность европейского малиновки чувствовать небольшие квантовые изменения, изменяя магнитное поле, окружающее птицу.

В сезон миграции малиновку помещали в клетку, а затем физики меняли полярность магнитного поля вокруг нее. Тест показал, что изменения на уровне одной тысячной силы магнитного поля Земли повлияют на способность птиц ориентироваться.

Возможно, еще более интересным является то, что европейские робинзоны могут лучше обнаружить квантовую запутанность, чем это могут сделать физические лаборатории. Группа физиков из Оксфордского университета предположила, что запутанность может сохраняться в сетчатке глаза птицы в течение 100 микросекунд, в то время как физикам удалось добиться взаимодействия только в течение 80 микросекунд - несмотря на охлаждение экспериментов до температуры чуть выше абсолютного нуля.

Исследования имеют последствия и для птиц. Считается, что ряд рыб, рептилий, насекомых и даже млекопитающих используют магнитные поля для навигации.