为地球上大部分生命提供动力的过程，光合作用，是如此精细，以至于只有一个光子就足以启动它。

长期以来，科学家们一直怀疑光合作用一定对单个光子或光粒子敏感，因为尽管它主导着我们的时代，但太阳的光在单个植物细胞的水平上却出奇地稀疏。但直到现在，在量子物理学的帮助下，研究人员才能够在5月14日发表在《自然》杂志上的一项实验中看到一束光开始这个过程。

“光合作用只需要一个光子是有道理的，但实际上能够测量它......这确实是开创性的，“德克萨斯州西南大学的物理化学家Sara Massey说，他没有参与这项新研究。“能够亲眼看到这些实验的数据是非常有价值的。

一个关键的障碍是，一次产生一个光子是非常困难的。因此，在实验中，研究人员根据控制量子领域的定律，创造了一对单独的纠缠光子，无论它们的分离如何，它们都会相互影响。科学家们将每对光子的一个光子射向探测器，以确定系统中只有其单个匹配光子。他们同时将匹配的光子发送到细菌所谓的光捕获2（LH2）复合物中，该复合物参与了光合作用的第一步。LH2结构是从紫色细菌红杆菌中提取的，在那里它收集光（吸收的能量）并将其送入光合作用机制。在实验装置中，LH2复合物在能量被吸收后释放光，提醒科学家光子已经通过系统。

“我们制造一对纠缠的光子，我们检测到一个 - 我们称之为先驱 - 然后我们将另一个放在我们的样本上并寻找信号，”加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的物理化学家格雷厄姆弗莱明说。

或者更确切地说，这就是理论。实际上，这种方法有点困难，因为荧光可以在任何方向上发生，这使得视场有限的基本检测器难以发现。“很容易察觉到使者;检测荧光要困难得多，“弗莱明说。“大多数时候，我们什么也没看到。

因此，科学家们一遍又一遍地重复这个过程——产生超过17亿个先驱光子，并检测出LH2的荧光，大约每10，000个先驱中就有一人。这个运行次数足以让研究人员对结果进行统计分析。该研究的共同作者，加州大学伯克利分校的量子物理学家Quanwei Li表示，鉴于单个光子的挑剔程度，这是量子光学的关键一步。分析证实，实验的输入和输出都是单个能量量子。

“他们实际上使用量子光来证明能量吸收是一种量子事件，一次一个光子发生，”麻省理工学院的物理化学家Jiansshu Cao说，他没有参与这项研究。“我认为他们能够将新的量子技术，即量子光，应用于一个非常庞大，复杂和混乱的生物系统，这是非常有趣的。

Fleming，Cao和Massey说，该实验的成功为使用量子光的其他研究铺平了道路 - 在光合作用及其他方面的背景下。

与此同时，这项新研究让科学家们对地球生命至关重要的过程有了最敏锐的观察。“这是一个实验，你实际上是在看一个单一的光粒子，想想真是令人惊讶和令人兴奋，我们正在放大这个水平，”梅西说。

Quantum Light Experiment Proves Photosynthesis Starts with a Single Photon - Scientific American

光合作用礼赞！以下内容来自我正在阅读的《生命是宇宙的偶然吗？》

细胞第一次能够利用阳光能量的那一天，这个过程我们现在称为光合作用。太阳光是由自然界的第四大动力电磁力产生的。事实上，光是电磁力的载体，把这种力从遥远的太阳一路运送到地球。电磁力还负责维持原子和分子的结合，并指导原子和分子进行化学反应。电磁力是使生命产生化学反应的动力，就像画家手里的小紫貂画笔，负责绘制我们世界中最精细、最复杂的细节。

乍一看，光合作用似乎是一个简单的过程：利用二氧化碳和水做原料，通过阳光的能量使它们产生相互作用，最终产品是氧气和糖，氧气和糖被用来制造形成生命的分子。到今天为止，我们还没有了解到原始光合作用的所有细节，但这个过程已经相当复杂了。叶绿素分子被诗人沃尔特·惠特曼誉为“充满希望的绿色物质”。叶绿素充当的是植物的天线，用来捕捉太阳能量，然后再把能量传递给一个由一百多种蛋白质组成的加工厂，这家工厂再用太阳的能量，将二氧化碳和水转化成更复杂的碳化合物。1960年，人类首次合成了叶绿素分子。这项壮举，是由世界上最伟大的有机化学家罗伯特·伍德沃德（Robert Woodward）和一支由17名博士后研究人员组成的专门团队，花费了数年时间，经过了51个独立的化学合成步骤才完成的。然而，一个活细胞合成同样的叶绿素分子所花的时间还不够你读完一份早报。况且，它在10亿多年前就做到了这一点。显然，生命不愧为最伟大的化学家。

我们有充分的理由说光合作用是地球上演时间最久的表演秀。[插图]因为实际上，地球上的每一种生物都依赖植物的这项工作：捕捉阳光的能量，将其储存在碳化合物中，再通过生命群落进行循环。

每眨一下眼睛，每一声鸟鸣，蜘蛛网上的每一根蛛丝，最终都取决于植物默默无闻的工作——收取阳光。我们的思想、梦想和记忆都依靠着植物的光合作用，来自把太阳的电能从一个分子传递给另一个分子。生物化学家阿尔伯特·圣捷尔吉（Albert Szent-Györgyi）总结道，生命的动力来自“由阳光带来的小小电流”[插图]。

秋天，树叶完成了自己的工作，已经做好从树上掉下来的准备了。但即使这样简单的动作也是需要能量的（必须有一种特殊的酶来溶解树叶与树枝之间的木质联系，再把接力棒交给地球引力。如果树叶还没来得及掉下来树就死了，叶子就不会掉下来）。

最终，光合作用不仅为生命提供动力，也为我们的生活方式提供动力。苹果派已经送进烤箱了。烤箱本身的存在就是光合作用的功劳。烤箱所用的钢和铝是从矿石中提炼出来的，提炼矿石的炉子烧的是煤，而煤是很久很久以前的植物的遗骸，即，数百万年前不断生生死死的森林。甚至连烤箱的塑料刻度盘也是植物的杰作——它们是石油的合成制品，石油也是数百万年前生物体的遗骸，经过几百万年，这些生物体的高能分子被转化成了燃料。运行烤箱的电力也是利用石油和天然气生产的。

事实上，在世界上所有城市里，无论是玻璃墙还是和钢筋混凝土墙，无论是人行道还是地铁，靠的都是来自植物辛勤劳动的成果，表现为化石燃料的具体形式。究其根本，整个人造世界都建立在太阳能量收取者的劳动的基础上。

如果没有光合作用，地球就会像月球一样荒芜。

我想你并没觉得有什么了不起的。是啊，有什么了不起的呢？如果你在花园里拔过杂草就会知道，似乎一转身的工夫，它们就又长出来了。你可以从商店把哈密瓜买回家，可一眨眼的工夫，霉菌就把它吃掉了。生命似乎不费吹灰之力就冒出来。绿色随处可见，我们对生命已经习以为常。

所以，我想让你做一个简单的实验，这可能会改变你的看法。拿一瓶普通的苏打水——二氧化碳和水的混合物。确保装在一个非常可靠的容器里，再把它放进冰箱。现在把它留在那里一亿年。我们过会儿再来看看它的情况。