動物磁覺：挑戰量子可能性極限

當你看到鮭魚或鴿子時，腦中可能不會立刻閃過「哇，這傢伙肯定精通量子力學」。然而，越來越多的證據顯示，這些動物在日常生活中運用了人類目前所知的一些先進科學原理。根據一篇新論文，它們的運用方式甚至挑戰了量子物理學的極限。

克里特大學的物理學家揚尼斯・科米尼斯（Iannis Kominis）和埃夫西米斯・古迪納基斯（Efthimis Gkoudinakis）在論文中解釋：「許多磁場感測器，如超導量子干涉裝置、光泵和氮空位磁力計，都符合能量解析度極限。」這一限制意味著磁場感測存在著根本性的瓶頸。

基本上，磁場感測器的效能取決於三個要素：體積、靈敏度和測量時間。這三個要素的綜合結果越小，磁場感測器就越靈敏。

聽起來簡單？或許吧。但如今，我們能將感測器做到極小。然而，當尺度小到一定程度，事情就變得有些不可捉摸了，物理學家稱之為「量子效應」。在磁力測量中，這既是福音也是詛咒。微小的尺度能減少大量的維度噪聲，讓我們近年來在感測器靈敏度上取得了巨大進步，但同時也帶來了內在的脆弱性。畢竟，眾所周知，量子態可能僅僅因為觀測方式不當就被破壞。

即便在模糊且機率性的量子物理世界裡，磁場靈敏度也有極限。理論和實驗都表明，磁場靈敏度的極限是普朗克常數，一個極小的值，為6.62607015×10⁻³⁴焦耳秒，通常用ℏ表示。研究人員寫道：「從定性角度來看，能量解析度越接近ℏ，感測器就越『量子』。」

那麼，這一切和動物的感知能力有什麼關係呢？生物學家早就知道許多動物具備感知磁場的能力，鳥類靠此歸巢，狐狸憑此狩獵，狗狗也能借此找到排洩的地方。它們在這方面非常擅長，讓科學家們困惑不已。畢竟，地球磁場極其微弱，但這些動物卻能以驚人的精準度感知到它。

這意味著它們的磁場感知能力可能接近量子極限，但究竟有多接近仍是個謎。老實說，我們甚至還不確定它們是如何做到的。目前有幾種相互競爭且可能並不相互排斥的理論，但這些理論都缺乏具體細節。

克里特大學的一份宣告解釋道：「在過去六十年裡，科學家們提出了多種生物物理機制來解釋生物的磁場感知能力，但這些機制尚未完全被理解，相關的物理引數也不精確。」

然而，科米尼斯和古迪納基斯決定逆向尋找答案。宣告中提到：「由於生物磁場感測器遵循物理定律，因此預計也會符合能量解析度限制，我們可以利用這個限制來約束那些生物物理引數。」

結果如何呢？不僅一些提出的生物磁場感知機制是可行的，而且至少在理論上，它們的運作方式恰好達到了量子極限。這就像看一臺擁有普朗克長度畫素的電視，幾乎不可能有更高的解析度了。而這種能力竟然一直存在於果蠅體內。

不過，我們也不必因為輸給昆蟲而過於沮喪。研究人員認為，既然我們已經開始瞭解它們的機制，或許就能改進我們實驗室裡的磁場感測器。科米尼斯告訴《物理》雜誌：「如果科學家們想進行最靈敏的測量，就必須邁向量子領域。模擬生物磁場感受器可以指導量子工程的發展。」這篇論文發表在《PRX Life》期刊上。