人的视觉、嗅觉、触觉是否与量子有关

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视觉让我们看清整个世界，嗅觉让我们闻到食物的香味，触觉让我们感受到物体的存在。我们已经知道，所有物质从本质上都是由粒子构成的，这些非常小的粒子遵循量子力学。人们一直试图用量子效应来解释一切，那么人的感觉是否也与量子有关？

量子让我们感受到物体

当我们用手握住咖啡杯时，手和杯子表面的原子接触，我们能感觉到杯子是实实在在的。这其实是一种幻觉，因为我们从来没有真正地接触过任何东西。一个原子的99.999999%以上都是空的，它的质量集中在原子核上。

原子由原子核和电子组成，按照当前的理论，电子本身没有任何的体积，它们是围绕原子核快速转动的负电荷。根据量子力学理论，电子只能在特定的、分立的轨道上运动，各个轨道上的电子能量是不同的，这些能量值即为能级，能量越高的电子离原子核越远。用手抓住杯子，这个动作强迫电子从一个能级跳到另一个能级，手部的肌肉为此消耗了能量。这是电子和我们身体之间的相互作用，大脑把这种相互作用解读为：我们接触了实际的物体。现在，我们知道了触觉的产生确实需要量子力学。

量子让我们闻到不同的气味

我们对着装了咖啡的杯子深吸一口气，闻到了咖啡的香气。嗅觉神经存在于鼻腔表面，鼻子吸进飘在空气中的咖啡分子，这些分子附着在鼻腔表面的一层黏液上，并嵌入嗅觉神经元。这种接触到底是如何产生嗅觉体验的？

鼻腔表面有嗅觉感受器，它是由嗅细胞和基细胞等组成的。传统理论认为：每一种嗅觉感受器只接受特定形状的分子，就像锁和钥匙一样，只有二者匹配，才能结合。当分子和感受器结合时，就会激活大脑，大脑将这种组合解释为一种味道。这可以总结为：我们闻到了分子的“形状”。

但无法用传统的理论来解释一个问题：两个形状和组成都大不相同的分子，却能让人感受到相同的气味。似乎除了形状，还有别的因素影响我们的嗅觉。因此，科学家提出了嗅觉振动理论。

所有的分子都在不断地以不同的速度摆动，我们的鼻子能够感受到这种振动的差异。希腊亚历山大·弗莱明生物医学研究中心的生物物理学家卢卡·都灵找到了能够佐证这个理论的证据。首先，硫具有特殊的气味和振动模式，一种含硼的分子有和硫一样的味道，尽管它们的分子形状完全不同，但是两种分子的振动模式相同。另外一个实验利用了氢和氘的原子特性，氢和氘互为同位素，两种原子的质子数相同，中子数不同，它们的形状一样，但振动频率不同。当实验人员把香水中的氢原子换成氘原子时，人们可闻出前后两种味道的区别，也就是说我们的鼻子能感受到分子的振动。

都灵推测，鼻子能够感受到分子振动是因为量子隧道效应。这种效应类似于穿墙而过，能够使电子从嗅觉感受器的一边穿到另一边。分子的振动能够为这种效应提供能量。分子振动不同，电子“穿墙”的速度也不同，引起嗅觉神经不同的电信号，这些不同的电信号让我们闻到了不同的气味。所以，我们可以将鼻子当成一个精密的电子探测器。

量子让我们看见光

当然，视觉也和量子有关。我们能够看到事物是因为光的存在，而光的基本粒子是光子，光子也是量子力学中非常重要的一种粒子。与其他量子一样，光子具有波粒二象性，即光子具有波和粒子的双重性质。波长是波的性质的度量，一般人的眼睛可以感知的光的波长范围在390纳米到760纳米之间，波长在760纳米到1000微米之间的光被称为“红外线”，波长在10纳米到390纳米之间的光被称为“紫外线”。红外线和紫外线不能引起视觉感受，这是由人眼的视网膜所能感受到的波长决定的（即可见光波长范围）。视网膜中有两种负责探测光线的“光感受器”细胞：视杆细胞和视锥细胞。它们依靠一种叫作视紫红质的蛋白质来检测光。视紫红质吸收光子，发生化学反应，使视网膜产生电信号，电信号被大脑识别后，就产生了视觉。

2016年，纽约洛克菲勒大学的研究人员发现，人类可以感受到单个光子。这刷新了人类的视觉极限，通常5到9个光子才能引发大脑视觉神经电信号。在这个实验中，3个受试者先在黑暗中待了30分钟，当他们适应了黑暗以后，实验员便用仪器发出单个光子。受试者表示他们的确能够感受到单个光子。

量子影響食物的味道

舌头可以感受到食物中的化学物质，进而产生味觉。味蕾是舌头能够感受到味道的主要原因。味蕾大部分位于舌头表面的乳状突起中，每个味蕾都是由一组味觉细胞组成的梨形结构，味觉细胞的表面有许多味觉感受分子（即受体蛋白质）。人类有5种味觉，分别是：酸、甜、苦、咸、鲜。产生甜、苦、鲜的味觉机制是相同的，带有这些味道的物质溶于水或唾液中后，与味蕾中的受体蛋白相结合，就会引发相应的神经信号，最终产生甜味或者苦味、鲜味。酸味和咸味的产生机制则与离子和味觉细胞表面的离子通道有关，但目前科学家们尚未将这些机制研究清楚。

既然所有的物质都是量子的，那么食物的味道也与量子有关。我们用肉眼能够看到的和看不到的一切物质都在振动着，产生不同频率的红外光。红外光携带能量，当食物吸收了红外光之后，味道就会改变。例如，被红外光照射之后的酒，味道会有明显的变化——口感变淡。原因是红外光通过每秒钟上亿次的振动瞬间将酒里的水切割为微分子团，微分子团的水包裹酒精分子，最先接触味蕾的是水，再加上高频振动的微分子团容易被吸收，不会在味蕾上面停留过久，因此酒会更淡。

微观粒子运动遵循量子力学，科学家们正在用量子解释许多的现象，让我们能够更加理解世界。