我们使用量子隧穿来感受气味？

当你呼吸时，气味分子被吸入鼻子，然后被一层粘液捕获，最后被带到鼻腔顶部一个叫做嗅觉上皮的区域这个区域包含特殊的受体位点，可以检测分子并向大脑发送信号

我们知道，我们的嗅觉是由受体部位对气味分子的捕捉，导致这些神经元放电而产生的但是，因为我们不能直接观察受体，我们不得不从间接证据中推断它们是如何工作的现在有两种关于气味感受器如何工作的主要理论:形状和振动

根据形状理论，气味感受器具有适合气味分子的特定形状，就像钥匙插入锁中一样可是，这个理论并不完全有效，因为我们只有大约300种不同的受体，但我们可以检测到大约10000种不同的气味，所以这背后肯定有一些更复杂的原理

最新的理论是，每个受体只匹配分子的一部分，所以任何有这个部分的分子都有相似的气味比如任何有硫氢键的分子都会有臭鸡蛋的味道但是，这个理论并不能解释一切有些分子由完全相同的基团组成，但排列方式不同，但气味却完全不同比如香兰素和异香兰素的分子基团相同，但顺序不同，但前者闻起来像香草，而后者有一种非常难闻恶心的药味

所以嗅觉感受器还有另外一个理论:振动理论在气味的振动模型中，气味受体可以根据分子的振动模式来区分不同的分子每一个化学键都有一定的共振频率，它会自然振动这有点像吉他弦总是以相同的频率共振，所以总是给你相同的音高

不同的分子有不同的振动频率特征集，这取决于它们由什么原子组成以及它们是如何连接的过去，科学家利用拉曼光谱中的光，利用这一特性来计算分子的化学成分当我们用激光照射一束分子时，光被吸收使这些分子键振动，然后发出不同频率的光我们可以观察这种新光的频率，并弄清楚这些分子是由什么组成的

这是检测不同种类分子的好方法也许我们的嗅觉感受器也在做类似的事情但是多年来，嗅觉的振动理论并不是很流行，因为我们的鼻子无法进行拉曼光谱，我们的鼻子处于黑暗之中

但是还有一种检测分子振动的方法，就是利用电子的量子隧道效应量子隧穿是一种像电子一样的量子粒子可以传播到普通经典粒子无法到达的地方，通过从一侧消失，立即出现在另一侧的方式来跳过障碍的现象这是量子粒子的反直觉行为之一，是量子粒子以波的形式出现的结果

在某些情况下，电子隧穿实际上可以用来寻找分子的共振频率如果我们拿两种金属，用一个小势垒把它们隔开，然后施加电压把电子推向一边通常在经典物理中，电子是无法穿越这个屏障的，但是如果这个间隙非常小，它就可以量子隧穿到另一边但是还有一个附加条件金属中的电子具有一定的能量，只有当存在相同能量的空穴时，它才能隧穿到另一边但是如果另一边空穴的能量很低，电子就不能隧穿，因为没有多余的能量到达那里

可是，如果我们在间隙中引入一个分子，有趣的事情就会发生如果电子和空穴之间的能量差与振动其中一个分子所需的能量相同，则允许电子穿过隧道，当它隧穿时，它将使用其额外的能量来振动分子

科学家已经建造了利用这一特性来探测分子的机器这种技术被称为非弹性电子隧道光谱学我们可以放入不同的分子，改变电子和空穴之间的能量差，看看电子是否会隧穿这将告诉你分子的共振，从而告诉我们它是由什么组成的

也许我们的鼻子也在做同样的事情也许我们的嗅觉感受器表现得像金属和缝隙它在等待气味分子进入，使电子通过感受器，触发神经为了找到答案，科学家们做了一些非常聪明的实验根据这个理论，如果你能改变一个分子的共振频率，你也会改变它的气味他们使用相同的分子，其中一些分子用更重的氘取代了所有的氢原子，改变了共振频率接下来，不同的受试者被要求嗅闻它们，看他们是否能分辨出它们之间的区别，最后的结论是它们的气味确实不同

振动模型虽然成功，但不能解释一切我们听说过手性分子，它是由所有相同的物质组成的分子，但它们彼此成镜像排列因为它们由相同的原子和键组成，并且它们具有相同的振动，所以它们看起来与拉曼光谱和非弹性电子隧道光谱等振动测试相同所以根据振动理论，它们闻起来应该是一样的，但事实并非如此