Ich hatte sieben Minuten und acht Sekunden lang mit dem Physikprofessor, Autor und Fernsehmoderator Jim Al-Khalili telefoniert, bevor mir klar wurde, dass ich ungeheuer überfordert war. Das war ein Problem, da ich noch 18 Minuten vor mir hatte. „Wenn Sie also einen Effekt sehen, der auf Quantentunneln zurückzuführen ist, und Wasserstoff durch Deuterium ersetzen“, erklärt er, „können Sie bestimmen, ob Quantentunneln passiert oder nicht, da Sie sehen werden, wie der Effekt abnimmt, wenn Sie die Masse von verdoppeln Teilchen.“
Schließen Sie die Seite nicht! Mit der Zeit wird alles einen Sinn ergeben – das ist Al-Khalilis Spezialität. In seinen eigenen Worten mag er es, „den Leuten Kopfschmerzen zu bereiten“, bevor er sieht, dass die Leute einen Mini-Heureka-Moment in seinem gewählten Fachgebiet haben:der Quantenphysik.
Also lass uns zurückgehen. Al-Khalili spricht über Quantenbiologie:ein faszinierendes Wissenschaftsgebiet, das aus unzähligen Gründen schwer zu erforschen ist. Vor dem Anruf – ein kurzes Vorinterview vor seinem Vortrag bei New Scientist Live – habe ich mir seinen TED-Vortrag von vor zwei Jahren über Quantenbiologie angesehen. Ich habe das Video unten eingebettet, wenn Sie das Briefing in seinen eigenen Worten wünschen, aber die wichtigsten Dinge sind die folgenden:die verrückten Dinge, die auf der subatomaren Ebene passieren – Partikel, die gleichzeitig an mehr als einem Ort existieren (Überlagerungen) oder das Durchdringen einer undurchdringlichen Barriere (Quantentunneln) – scheinen in unseren Zellen stattzufinden. Mit anderen Worten, Quanten sind nicht mehr nur etwas, worüber sich Physiker Sorgen machen müssen:Es ist auch das Problem von Biologen.
Um drei Beispiele aus dem obigen Vortrag zu nennen:Quantentunneln scheint bei DNA-Mutationen eine Rolle zu spielen; Photonen folgen mehreren Wegen in der Photosynthese mit Quantenkohärenz; und sogar Rotkehlchen sollen die Quantenverschränkung innerhalb der Netzhaut verwenden, um basierend auf dem Magnetfeld der Erde zu navigieren.
„Al-Khalilis Behauptung ist, dass es sich lohnt, dafür zu kämpfen. Oder es könnte nicht sein – man kann den Menschen aus der Quantenphysik herausnehmen, aber man kann die Quantenphysik nicht aus dem Menschen herausnehmen.“
Die Menschen wissen seit Jahrzehnten, dass dies möglich ist, aber der Fortschritt ist aus einer Reihe von Gründen langsam:Einer davon ist vor allem die Tatsache, dass Quantenphysik-Experimente notorisch schwierig durchzuführen sind. Sie können, wie Al-Khalili erklärt, „durch bloßes Hinsehen zerstört werden“, und das in einer stark kontrollierten Umgebung, ohne die matschige Unordnung, die lebende Zellen in den Prozess bringen. „Die große Frage ist nun, zu verstehen, wie das Leben diese Quanteneffekte für biologische Zeitskalen aufrechterhalten kann, wenn alles in einer lebenden Zelle so laut und turbulent und warm und komplex ist“, erklärt er.
„Physiker arbeiten sehr hart daran, diese Quanteneffekte zu versuchen und zu isolieren, führen ihre Experimente in einem Vakuum bei null Grad durch, isolieren ihre Instrumente von der Umgebung, und dennoch ist es ziemlich schwer zu fassen.“
Das nächste Problem ist, dass diese Fragen im vergangenen Jahrhundert fast ausschließlich den Physikern vorbehalten waren. Es erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit, was gelinde gesagt eine Herausforderung darstellt. 
„Die Physiker werden Ihnen sagen:‚Warum sollten Sie sich in die chaotische Welt der Biologie wagen, wenn wir, wenn es so einfach wäre, inzwischen Quantencomputer gebaut hätten? Wir arbeiten wirklich hart daran, alles zu kontrollieren, und wir finden Quanteneffekte immer noch illusorisch“, sagt Al-Khalili. „Und die Biologen werden sagen ‚Quantenmechanik? Nicht in meinem Labor, Kumpel, vielen Dank.“ Und die Chemiker werden sagen:„Was soll die ganze Aufregung? Alles ist Quanten, alles ist sowieso Chemie, was reizt dich daran?‘“
Der Widerstand der Biologen ist jedoch die größte Hürde, die es zu überwinden gilt, meint Al-Khalili. „Sie werden sich dagegen wehren. Sie werden sagen:‚Seit der Geburt der Genetik und der Molekularbiologie mussten wir keine Quantenphysik mehr anwenden, sagen Sie uns jetzt nicht, wir müssten diesen ganzen Unsinn über Katzen in Kisten und was auch immer lernen.'“ Das kann ich nicht sagen dass ich ihnen die Schuld gebe.
Al-Khalilis Behauptung ist, dass es sich lohnt, dafür zu kämpfen. Oder es könnte nicht sein – man kann den Menschen aus der Quantenphysik nehmen, aber man kann die Quantenphysik nicht aus dem Menschen herausnehmen.
Warum ist Quantenbiologie wichtig?
„Ein Teil des Problems ist, dass selbst diejenigen von uns, die hier arbeiten, nicht 100 % sind“, sagt er. „Wir predigen nicht evangelisch, dass dies der nächste große Durchbruch in der Wissenschaft ist – das kann gut sein.
„Es könnte sich durchaus als Ablenkungsmanöver herausstellen. Aber es ist interessant genug und aufregend genug, dass es sich, so spekulativ es auch sein mag, lohnt, es weiterzuverfolgen – sogar um es auszuschließen. Weil die Amortisation groß ist, wenn es wahr ist.“
Wie groß? Al-Khalili hat zwei Hauptgründe, warum er so viel Zeit seines Lebens der Popularisierung dieser Sache widmet. Erstens, weil es bedeutet, dass einige der großen Antworten der Quantenphysik fast buchstäblich vor unserer Nase liegen. „Wenn wir Sensoren und neue Quantentechnologien entwickeln – versuchen, einen Quantencomputer zu bauen. Nun, wenn das Leben diese Probleme gelöst hat, können wir vielleicht etwas lernen, das uns hilft.“
Aber vielleicht noch wichtiger, es könnte uns einen bisher unvorstellbaren Einblick in das geben, was das Leben besonders macht:etwas so Spekulatives, dass es schwer ist, sein ultimatives Potenzial zu kennen. „Bisher konnten wir kein künstliches Leben erschaffen – der einzige Weg, Leben zu erschaffen, ist durch anderes Leben“, erklärt er. „Was unterscheidet ein lebendes System von einem unbelebten System gleicher Komplexität? Wie hält das lebende System dieses hohe Maß an Ordnung aufrecht, um weiterzumachen?“ 
Aber wenn Quantenexperimente im Physiklabor schwierig genug sind, wie fangen Sie an, Dinge mit unseren biologischen Werkzeugen anzugehen? Nehmen Sie die oben erwähnten Rotkehlchen:Wie können Sie feststellen, ob die Netzhaut tatsächlich Quantenreaktionen ausführt oder nicht? „Ich glaube nicht, dass es unmöglich ist, aber wir müssen einfallsreicher sein“, sagt Al-Khalili. „Wir können nicht mehr über Quantenverschränkung erfahren, indem wir einen Vogel in ein Labor bringen … wir können testen, ob ein Vogel empfindlich auf ein Magnetfeld reagiert, aber wir erfahren nichts darüber, wie er diesen chemischen Kompass verwendet – dafür müssen wir“ Wahrscheinlich müssen wir das Protein isolieren und außerhalb des Vogels separat untersuchen. Und natürlich wird es dann viel schwieriger, definitiv zu sagen:„Ja, das ist, was los ist, wenn es sich in der Netzhaut des Vogels befindet.“
Die Öffentlichkeit dazu bringen, Physik zu lieben
Wenn das alles verwirrend erscheint:gut. Es sollte tun. Al-Khalili zitiert gerne Niels Bohr, den Vater der Quantenmechanik, der einmal gesagt hat:„Wenn Sie glauben, Sie können über die Quantentheorie sprechen, ohne dass Ihnen schwindelig wird, haben Sie nicht das Erste daran verstanden.“
Aber Al-Khalili ist ausgebildeter Quantenphysiker. Ich frage, wie er es empfunden hat, sich mit Biologie auseinandersetzen zu müssen. „Eine Herausforderung“, antwortet er. „Mein Hintergrund ist Kernphysik, also denke ich, wenn ich über Quantentunneln spreche, an Alpha-Zerfall, Alpha-Radioaktivität, Alpha-Teilchen, die aus einem Atomkern tunneln. Aber die Gleichungen sind die gleichen, und sie werden die gleichen für das Quantentunneln in der DNA sein. 
„Aber das ganze Umfeld, die Infrastruktur, die Umgebungen, die Zahlen, die man eingibt, all das – die Biochemie ist völlig neu für mich. Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass die Biochemie die schwierigste Disziplin in der Wissenschaft ist. Es ist Schicht für Schicht von „dies, weil dies, deswegen“ – wie ein Enzym funktioniert oder der Prozess der Photosynthese oder des Stoffwechsels. Es ist so komplex, dass die Quantenmechanik im Vergleich einfach aussieht!“
„Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass die Biochemie die schwierigste Disziplin in der Wissenschaft ist.“
Es ist wahrscheinlich nur das, woran die Leute gewöhnt sind, denke ich, und Al-Khalili hat die letzten 25 Jahre damit verbracht, die Quantenphysik für die Öffentlichkeit (besser) verständlich zu machen. Wie hat er es geschafft? Zum Teil führt er dies auf die natürliche intellektuelle Neugier der Menschen zurück, die seine Vorträge und Fernsehauftritte suchen. „Das Feedback, das ich bekomme, ist, dass die Zuschauer meiner Programme auf BBC Four sagen werden, dass ich mich schlau fühle. Sie wollen etwas, das schwer zu verstehen ist, und die Leute wissen zu schätzen, dass sie ohne jahrelanges Studium nicht alle Feinheiten verstehen werden, aber das ist in Ordnung. Sie wollen herausgefordert und über das Alltägliche hinausgestreckt werden:Es ist magisch und mysteriös.“
Manchmal geht es darum, Analogien zu finden, die man natürlich nie in einem naturwissenschaftlichen Lehrbuch finden würde. „Wenn ich von Quantentunneln spreche, bei dem Teilchen an einem Ort verschwinden und woanders wieder auftauchen, ergibt das keinen Sinn“, sagt er.
„Aber wenn ich sage, es ist wie ein Phantom, das durch eine feste Wand gehen kann, beginnen die Leute zu verstehen. Es ist nicht genau das, aber das ist mehr oder weniger, was passiert. Ein Teilchen ist auch eine Welle, und eine Welle kann auf eine Weise durch undurchdringliche Barrieren dringen, wie es ein festes Teilchen nicht kann. So wie man einen Ball gegen eine Wand wirft, der nie auf die andere Seite durchdringen kann, kann ein Geist durchsickern.“ 
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Analogien zu finden, die klicken, ist so etwas wie der Heureka-Moment, den Sie vielleicht im Labor bekommen. „Bei einem Live-Publikum merkt man an der Körpersprache, dass etwas einen Nerv getroffen hat, und das war's:Es wird Teil meiner Waffenkammer, um es beim Schreiben, bei Vorträgen und im Fernsehen einzusetzen.“
Die Möglichkeiten, die in lebenden Zellen verborgen sind, erfordern möglicherweise eine ganze Reihe neuer Analogien und Regeln, um sie dem Laien zu erklären, aber es steht außer Frage, dass Al-Khalili die Gelegenheit genießen würde, zu übersetzen, was vor sich geht. Obwohl wir das zu unseren Lebzeiten herausfinden müssen.
New Scientist Live läuft bis Sonntag im ExCeL Centre in London. Tickets sind hier erhältlich.