آستانه‌های حسی

دنیا جای پر هیاهویی است. دریافت علائم ضعیف در میان چنین غوغایی از حرکت و اصطکاک و تلاطم، اغلب برای گیاهان و جانوران مسئلۀ مرگ و زندگی است. سیستم‌های حسی پیچیده به همین منظور تکامل یافته‌اند؛ سیستم‌هایی که به خوبی ‌ـ و در بعضی موارد بهتر از ـ پیشرفته‌ترین آشکارسازهای الکترونیکی عمل می‌کنند. مثلاً چشم آدم قادر است تک فوتون‌ها را ببیند. گوش می‌تواند صداهایی را بگیرد که شارۀ اطراف مژک‌های واقع در سطح آزاد سلول‌های مویین گوش میانی را به اندازۀ یه ملیاردم اینچ، یعنی ده بار کم‌تر از ابعاد یک اتم، جابه‌جا می‌کند. ویلیام بیا‌لک از دانشگاه کالیفرنیا در بر کلی در تلاش آن بود که این رفتار حسی بسیار اعلا را به کمک مکانیک کوانتومی توضیح بدهد (بیالک). حتی اگر حذف کل نوفۀ خارجی نیز ممکن باشد، نوفه‌های دیگری هستند که باز هم از دریافت علائم ضعیف جلوگیری می‌کنند. این¬ها عبارت‌اند از نوفۀ گرمایی، نوفۀ حاصل از حرکت ذاتاً آشفتۀ اتم‌های گیرنده (در همۀ دماهای بالاتر از صفر مطلق)، و نوفۀ کوانتومی که مربوط می‌شود به عدم قطعیت در مکان و حرکت اتم‌ها، به نحوی که مکانیک کوانتومی آن را معین می‌کند. در دمای اتاق، نسبت نوفۀ گرمایی به نوفۀ کوانتومی مثل آن است که بخواهیم صدای یک موتور جت را با نجوا مقایسه کنیم؛ یعنی از نوفۀ کوانتومی معمولاً می‌توان چشم ‌پوشی کرد. بیالک با محاسبۀ آن‌چه باید نوفۀ گرمایی این مژک‌های پروتوپلاسمی باشد دریافت که این نوفه متناظر است با جابه‌جایی‌هایی که صد بار بزرگ‌ترند از جابه‌جایی‌های حاصل از علائمی که سلول‌هایی مویین به آن‌ها پاسخ می‌گویند. بد نیست بدانیم که این علائم حامل توانی در حدود 1 میلیارد میلیاردیم وات هستند، یعنی همان توانی که هر یک از علائم سفینۀ ویه‌جر داشت.
بیالک در محاسبۀ مجدد نوفۀ گرمایی از مدلی استفاده کرد که در آن این مژک‌ها نه به عنوان میله‌های صلب مقاوم، بلکه به صورت عضله‌های بسیار ظریفی در نظر گرفته می‌شوند که به طور فعال به علائم پاسخ می‌گویند. مژک‌های مختلف شاید برای پاسخ‌ گویی و تقویت بسامدهای صوتی به خصوص «میزان» شده باشند؛ در حالی که همۀ اصوات دیگر را رد می‌کنند. مثل آن‌هایی که نوفۀ گرمایی «نوار پهن» را تشکیل می‌دهند. به نظر می‌رسد که این فرضیه خوب کار می‌کند. یکی از نتایج این نظریه آن است که مژک‌ها ممکن است، بدون دریافت هیچ ورودی اکوستیکی، خود به‌ خود حرکت کنند (یا «بزنند») و از خود صوتی به وجود آورند. چنین گسیل‌های صوتی در انسان و حیوان مشاهده شده‌اند.
بدین ترتیب، با حل شدن مسئلۀ نوفۀ گرمایی، به نظر می‌رسد که آستانۀ حساسیت گیرنده‌های گوش نزدیک به آستانه‌ای است که نوفۀ کوانتومی آن را مجاز می‌کند. این امر نتیجۀ جالبی در بر دارد و آن این‌که دریافت صوت و هر پدیدۀ حسی دیگر را باید با دقت کوانتومی بررسی کرد.