龍蝦顏色的量子原因
“就像龍蝦被煮熟，清晨/開(kāi)始從黑色變成紅色”， 17世紀(jì)的賽繆爾•巴特勒在他的諷刺詩(shī)《胡迪布拉斯》里寫(xiě)道。但是直到今天之前，沒(méi)人確切知道為什么龍蝦被煮熟后會(huì)變顏色。
一組荷蘭科學(xué)家提供了答案。他們說(shuō)，這種顯著的顏色變化有一個(gè)植根于量子理論的精細(xì)解釋。
化學(xué)家知道龍蝦的顏色是由于一種叫做蝦青素的顏料分子。它附著在甲殼蛋白上。ASTA蝦青素是一種類胡蘿卜素顏料，是許多動(dòng)植物表現(xiàn)出明亮的紅色的原因，包括桔子、西紅柿和一些鳥(niǎo)類的羽毛。
當(dāng)龍蝦被煮熟之后，它的甲殼蛋白因?yàn)闊岫煺归_(kāi)，附著在上面的蝦青素脫落。這種“自由”的蝦青素是紅色的，正如絕大多數(shù)類胡蘿卜素的顏色。這就讓龍蝦帶上了那種新鮮烹調(diào)的（紅）顏色。但是化學(xué)家對(duì)于活龍蝦的藍(lán)黑色感到困惑。
 
荷蘭萊頓大學(xué)的Francesco Buda和他的同事最近弄清了當(dāng)蝦青素被嵌入甲殼蛋白之后，它到底發(fā)生了什么事。他們?cè)凇睹绹?guó)化學(xué)會(huì)雜志》上報(bào)告了他們的研究結(jié)果。
紅移
紅色顏料吸收藍(lán)色和綠色的光，反射光譜中的紅色部分。當(dāng)蝦青素與甲殼蛋白結(jié)合的時(shí)候，它的吸收范圍擴(kuò)展到了光譜中波長(zhǎng)更長(zhǎng)（更紅）的部分。這就意味著它吸收所有的可見(jiàn)光，因此這種顏料就變成了黑色。
我們眼睛里的視錐細(xì)胞也有類似的過(guò)程。在這些細(xì)胞中，一個(gè)（視網(wǎng)膜的）顏料分子被蛋白質(zhì)外套“調(diào)解”成可以吸收不同波長(zhǎng)的光。
有一個(gè)理論已經(jīng)被科學(xué)家討論了很多年：甲殼蛋白分子的骨架扭曲了蝦青素，讓其吸收范圍跨過(guò)了整個(gè)可見(jiàn)光譜。這正如通過(guò)截短或加長(zhǎng)鋼琴線，從而改變它的共振頻率。
但是Buda和他的同事已經(jīng)計(jì)算出了蝦青素的量子能態(tài)。結(jié)果表明，僅僅是改變蝦青素的形狀，只能引起1/3的吸收波長(zhǎng)范圍的移動(dòng)。形狀的改變不能讓這種顏料從紅色變成黑色。
另一個(gè)理論是，ASTA蝦青素在（甲殼）蛋白內(nèi)帶上了電荷。但是荷蘭的科學(xué)家通過(guò)使用一種叫做核磁共振頻譜的技術(shù)，排除了這種可能性。
暗干涉
2002年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在甲殼蛋白中的蝦青素分子成對(duì)結(jié)合，它們相互穿越，形成了X型。荷蘭的這組科學(xué)家在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了研究。他們的計(jì)算結(jié)果表明，這種蝦青素分子的配對(duì)意味著兩個(gè)分子相互干涉，就像相鄰電線的電信號(hào)串?dāng)_。這改變了它們的量子能態(tài)，從而改變了它們能吸收的光的波長(zhǎng)，這可以解釋大部分的吸收波長(zhǎng)范圍的移動(dòng)。
“花了這么長(zhǎng)時(shí)間才解決這個(gè)問(wèn)題，這真讓人吃驚，”Buda說(shuō)。但是他承認(rèn)。只是在最近5到10年中，計(jì)算機(jī)才能夠處理那些棘手的量子力學(xué)計(jì)算問(wèn)題。
References:
1. Lobster colour has quantum cause,Nature News |Story| |
龍蝦顏色的量子原因 
