屏住呼吸为何不会窒息？量子力学揭示血氧结合奥秘

屏住呼吸时人体不会窒息的背后，隐藏着量子世界的奇妙机制。一项由伦敦国王学院Cédric Weber团队主导的研究，运用量子力学原理揭开了这一生命现象的神秘面纱。

研究发现，量子纠缠在氧分子与血红蛋白结合过程中发挥着关键作用。这种量子力学中最典型的特性，使电子对通过纠缠紧密绑定在一起，无法独立行动。同时，Hund交换效应（此前模拟分析所忽略的量子特性）也参与了这一过程。

研究团队使用密度泛函理论（DFT）及其扩展方法——动力平均场理论（DMFT），模拟了氧分子与一氧化碳分子在肌红蛋白（含1000多个原子）中的反应过程。

传统理论预测一氧化碳应比氧气更易与血红蛋白结合，但实际并非如此。耶鲁大学化学家Daniel Cole解释道：“通过DMFT，我们发现类似电子转移至氧分子的过程提供了显著的静电稳定性，使氧气与血红蛋白的结合能力远超理论预期。”

研究证实，量子纠缠增强了铁原子与氧分子的直接结合，同时强化了氧与血红蛋白的静电相互作用。最终结论是：氧气对一氧化碳的结合优势，理论与实验结果实现了高度一致。

这项发表于《Cédric Weber》团队的研究，不仅解释了呼吸的分子基础，还为药物开发和人工光合作用设备提供了新思路。