鸟类导航的物理机制

发布时间：2024-06-08 00:52

　　量子力学的快速发展已经应用在许多领域,包括量子热力学,量子光学,量子信息学等。最近几年,结合量子力学和生物学产生了一门新兴的学科――量子生物学。量子生物学是运用量子力学的基本理论,在更深层次上揭示生命本质的一门学科。在量子生物学中,关注之一是鸟类导航的问题。研究发现鸟类是利用地磁场进行导航,其物理机制本质上和量子力学有关。在本文中,我们基于鸟类导航的radical pair模型,研究了导航的详细的物理机制,给出了一些重要实验结果的物理解释;研究了量子纠缠和量子相干在导航中所起的作用。最后我们研究了不同的环境噪声对于radical pair导航的影响。在第一章中,我们回顾了鸟导航和量子力学的关系以及鸟导航的研究意义与近些年来的研究进展。在第二章中,我们主要介绍了与本文相关的一些基本概念和模型,如角动量理论包括电子自旋和核子自旋;电子自旋与原子核自旋之间的超精细相互作用包括费米接触势和各向异性的超耦合;radical pair模型。在第三章中,我们回顾了radical pair模型的基本过程,并分析了电子自旋和核子自旋之间的超耦合和地磁场在导航过程中所起的具体的作用。进一步,我们在物理上解...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：博士

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英文摘要
第一章 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 研究进展
    1.3 本文主要内容和结构
    1.4 本文的创新之处
第二章 基础理论知识
    2.1 角动量理论
        2.1.1 角动量算符和角动量表象
        2.1.2 电子自旋
        2.1.3 核子自旋
    2.2 电子和原子核之间的超精细相互作用
        2.2.1 费米接触势
        2.2.2 各向异性的超耦合
    2.3 radical pair模型
第三章 候鸟导航的物理机制
    3.1 引言
    3.2 鸟导航的radical pair机制
    3.3 单原子核radical pair模型
    3.4 超耦合和外磁场的作用
        3.4.1 弱耦合极限
        3.4.2 强耦合
    3.5 周期场的影响
    3.6 多原子核radical pair模型
    3.7 本章小结
第四章 暗态表象下的量子相干和暗态占有数对导航的贡献
    4.1 引言
    4.2 量子相干和暗态占有数
    4.3 暗态相干和占有数对信号产物的贡献
        4.3.1 单原子核radical pair模型
        4.3.2 多原子核radical pair模型
        4.3.3 初态的各向异性引起信号产物的方向性
        4.3.4 物理解释
    4.4 本章小结
第五章 环境噪声对于候鸟导航的影响
    5.1 引言
    5.2 主方程的推导
    5.3 电磁噪声的影响
    5.4 超耦合噪声
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果
致谢



本文编号：3991211