伟大的直觉穿越70年的岁月

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阿尔伯特·爱因斯坦无疑是 20 世纪最伟大的物理学家之一，他的想象力和洞察力直到今天仍然激励着我们不断探索未知。爱因斯坦的一封写于70多年前的简短信件中提出的一点猜想，在最近的研究中得到证明。

缘起

1949年4月，卡尔·冯·弗里施（Karl von Frisch）应邀到美国普林斯顿大学讲学，爱因斯坦参加了冯·弗里施的讲座。

后来获得诺贝尔生理学或医学奖的卡尔·冯·弗里施是研究蜜蜂的先驱。他建立了有关蜜蜂的感官知觉、学习和记忆实验行为研究的关键动物模型，并首次正确解读了其著名的舞蹈交流方式。他的工作启发了一代又一代的研究人员探索动物世界的各种感官能力。随着技术的进步，使用跨学科研究方法来理解感官知觉，也加深了对生物有机体如何使用物理原理来解决复杂问题的理解。

对于这次奇妙的邂逅，冯·弗里施本人在回忆录中写道：

“随后前往纽约访问普林斯顿。在我的演讲中，阿尔伯特·爱因斯坦那引人注目的脑袋在听众中吸引了我。我发现，听众中非常聪明的面孔对讲师很有用。一个人会付出额外的努力让自己振作起来。另一方面，在演讲中，我也很高兴地观察到一个特别无脑的表情。如果这样的脸上出现一丝理解，我知道我走在了正确的道路上。爱因斯坦邀请我们去他的实验室拜访他，第二天，我们在那里与这个幽默的人进行了友好的争论。40 多年前，我的物理学家叔叔弗兰茨·埃克斯纳 (FRANZ EXNER) 曾试图向我们这些家人和朋友小圈子里一无所知的外行人传达爱因斯坦在当时的独创性和新成就的想法。”

1949 年 4 月，这两位教授在普林斯顿大学的会面中还讨论了哪些内容，我们不得而知，但爱因斯坦在 1949 年 10 月 18 日写给格林·戴维斯的、以前不为人知的一封信让人们对冯·弗里施和爱因斯坦的会面有了一些新的认识。

通信

1949 年 10 月 18 日，阿尔伯特·爱因斯坦写给英国的格林先生（写为 Ghyn [原文如此]）Davys 的信，其中提到了冯·弗里施的工作和对动物的感官知觉兴趣。

Glyn Davys是一位雷达研究员，他似乎曾经写信给普林斯顿大学或普林斯顿高等研究院的爱因斯坦，询问有关动物感知和物理学的问题。这封信是爱因斯坦给他的回信。他的遗孀Judith Davys 与研究人员分享了这封从未发表过的信件。

人类用五种感官来感知周围的世界——视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉。对于1940年代的人来说，动物们应该也差不多用这些方式来感知世界。但是随着二战的“科普”效应，雷达和声呐的原理广为人知，几乎在同时，有关蝙蝠回声定位的研究论文发表。科学上的这种巧合开始引起人们对不同动物可能具有的感官能力的关注，以及是否可以通过研究这些能力，发现某些改进现有技术方案所需的物理学原理。

爱因斯坦在信中写道：“可以想象，对候鸟和信鸽行为的研究有朝一日可能会导致对一些尚不为人知的物理过程的理解。”在有经验证据表明几种动物确实可以感知磁场并将这些信息用于导航之前几十年，爱因斯坦已经想到了这种可能性。

量子鸟类

70年过去了，这种动物感知的精确物理原理仍然是一个非常活跃的研究领域。最新的研究表明，鸟类视网膜中隐花色素蛋白的自由基对形成可能是各种脊椎动物和无脊椎动物感知磁场能力的重要组成部分，人们还推测自由基对机制是在纳米和亚纳米尺度上运行的非平凡量子生物学的一个例子，它明确利用了量子随机性、叠加甚至量子纠缠。

有趣的是，尽管爱因斯坦（与马克斯·普朗克一起）将了量子力学引入了物理学，但似乎并不喜欢这个理论，因为他认为“上帝不掷骰子”。

奥尔登堡大学和牛津大学的联合团队一直在收集证据，表明欧洲知更鸟等候鸟的磁感应是基于眼睛中的一种特定的光敏蛋白。在新论文中，该团队证明了在鸟类视网膜中发现的隐花色素蛋白4对磁场敏感，很可能是人们长期寻找的磁性传感器。

欧洲知更鸟等候鸟可以感应到地球的磁场。

图源：Corinna Langebrake 和 Ilia Solov'yov

该小组破译了这种敏感性产生的机制--这是另一个重要进展：在蓝光激活后能在分子内移动的电子发挥了关键作用。像隐色体这样的蛋白质由氨基酸链组成：知更鸟隐色体4有527个氨基酸。牛津大学的Peter Hore和奥尔登堡物理学家Ilia Solov'yov进行了量子力学计算，发现527个中的4个--被称为色氨酸--对于分子的磁性是至关重要的。根据他们的计算，电子从一个色氨酸跳到下一个色氨酸，产生所谓的自由基对，这些自由基对具有磁敏感性。在牛津的研究小组随后使用了广泛的磁共振和新型光学光谱技术来研究这种蛋白质，证明电子在隐色体中移动，这表明其对磁场的明显敏感性。

团队成员表示，虽然这还并不能确切地证明隐花色素蛋白4是该团队正在寻找的磁性传感器。因为在实验中，蛋白质是被单独分离出来的，所用的磁场也比地球的磁场强。但是，作者认为这种蛋白质在其原生环境中可能会更敏感：在视网膜的细胞中，这些蛋白质可能被固定的整齐排列，增加了它们对磁场方向的敏感性。此外，它们也可能与其他可能放大感觉信号的蛋白质相关联。该团队目前正在寻找这些尚未知道的“配套设备”。

虽然爱因斯坦可能只是随口说说，但是人们习以为常的候鸟身体里却蕴藏着利用量子原理工作的器官，这对普通人来说更加匪夷所思。伟大科学家的这种以深刻洞察力为基础的“直觉”，可能就是人类得以在黑暗中不断摸索而又能不断向前发展的那一缕引路的微光。

参考文献：

1.https://link.springer.com/article/10.1007/s00359-021-01490-6#Sec5

2.https://scitechdaily.com/quantum-birds-breakthrough-discovery-on-mechanism-of-magnetic-sensing-in-birds/

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