हम हर दिन 20,000 से अधिक बार सांस लेते हैं, यह एक स्वचालित प्रक्रिया है जो जीवन के लिए आवश्यक है। सांस लेने से हमें ऑक्सीजन मिलती है जो हमारे शरीर के कार्यों के लिए महत्वपूर्ण है, और फिर कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में बाहर निकल जाती है। लेकिन ऑक्सीजन के साथ-साथ, अन्य अणु जैसे नाइट्रोजन, बैक्टीरिया और वायरस भी हमारे शरीर में प्रवेश करते हैं। यह मिश्रण हमारे पर्यावरण के बारे में ढेर सारी जानकारी प्रदान करता है, इतनी कि हमारे पास इसे समझने के लिए एक विशेष इंद्रिय है: गंध। गंध के माध्यम से, हम बंद आँखों से भी लोगों को पहचान सकते हैं, आसन्न खतरे से बच सकते हैं, या बचपन की गर्मियों की यादों में खो सकते हैं। लेकिन हमारी नाक में मौजूद यह जासूस कैसे काम करता है?
बास्क कंट्री विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान संकाय में भौतिक रसायन विज्ञान की विशेषज्ञ और प्रोफेसर एलिक्ज़ाबेथ रेज़ाबल नौकास बिलबाओ की पंद्रहवीं वर्षगांठ के अवसर पर इस रहस्य के पीछे के रसायन विज्ञान की व्याख्या करेंगी। पारंपरिक सिद्धांत के अनुसार, नाक के पिछले हिस्से में, मस्तिष्क के पास, रिसेप्टर प्रोटीन बाहरी अणुओं को पकड़ते हैं। जब कोई अणु सही ढंग से फिट बैठता है, तो एक संकेत सक्रिय होता है, जिसे मस्तिष्क गंध के रूप में पहचानता है। गंध कैसे काम करती है, इस सिद्धांत को 2004 में नोबेल पुरस्कार विजेता लिंडा बक और रिचर्ड एक्सल ने प्रस्तावित किया था। हालांकि, रेज़ाबल ने इस बात पर प्रकाश डाला कि यह स्पष्टीकरण हमेशा पर्याप्त नहीं होता है। उन अणुओं का क्या होता है जिनकी बनावट समान होती है लेकिन गंध बहुत अलग होती है? उदाहरण के लिए, एक अल्कोहल अणु ताज़ी कटी घास की तरह महक सकता है। लेकिन अगर ऑक्सीजन को सल्फर से बदल दिया जाए, तो ज्यामिति वही रहती है, लेकिन गंध सड़े हुए अंडे जैसी हो जाती है। इसलिए, केवल आकार यह पूरी तरह से नहीं समझा सकता कि हम गंधों को कैसे संसाधित करते हैं।
एक वैकल्पिक सिद्धांत प्रस्तुत करने के लिए, रेज़ाबल ने एमआईटी के बायोफिजिसिस्ट लूका ट्यूरिन और उनके सहयोगियों के सिद्धांत को प्रस्तुत किया। 1996 में, उन्होंने प्रस्तावित किया कि हमारी नाक अणुओं के आकार का नहीं, बल्कि उनके क्वांटम कंपन का पता लगाती है। उनकी परिकल्पना इस विचार से उत्पन्न हुई कि अणु लगातार गति में होते हैं, कमरे के तापमान पर कंपन करते हैं। ये कंपन यादृच्छिक नहीं होते; वे क्वांटाइज्ड होते हैं, जिसका अर्थ है कि केवल कुछ निश्चित कंपन मोड की अनुमति होती है, प्रत्येक की अपनी ऊर्जा होती है। पानी इसका एक अच्छा उदाहरण है। इस सरल अणु में तीन कंपन मोड, या "नृत्य चरण" होते हैं, प्रत्येक की एक संबद्ध ऊर्जा होती है। यदि इसे अपने परिवेश से ठीक उतनी ही ऊर्जा मिलती है, तो यह अलग तरह से कंपन कर सकता है और उच्च ऊर्जा स्तर पर जा सकता है। ड्यूटेरेटेड पानी, या भारी पानी, का आकार सामान्य पानी जैसा ही होता है। हालांकि, इसके हाइड्रोजन परमाणुओं को ड्यूटेरियम से बदल दिया जाता है, जिसमें नाभिक में एक न्यूट्रॉन होता है। यह परमाणुओं को भारी बनाता है, जिससे कंपन मोड के बीच संक्रमण के लिए आवश्यक ऊर्जा बदल जाती है। इस प्रकार, जबकि आकार समान है, उनके कंपन भिन्न होते हैं। ट्यूरिन ने तर्क दिया कि यदि गंध कंपन पर आधारित है, तो पानी और भारी पानी के बीच अंतर करना संभव होना चाहिए।
इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने और उनकी टीम ने फलों की मक्खियों के साथ प्रयोग किए, जो अत्यधिक संवेदनशील गंध वाली प्रजातियाँ हैं। प्रयोग सफल रहा। कीड़े पानी की ओर आकर्षित हुए और भारी पानी से दूर भागे। इससे यह सवाल उठता है: हमारी नाक इस क्वांटम घटना का पता लगाने के लिए किस तंत्र का उपयोग करती है? इस दिलचस्प प्रयोग से, "क्वांटम नेज़ल टनल" की अवधारणा विकसित की गई। यह तंत्र अणुओं की पहचान करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के क्वांटम गुणों का उपयोग करता है जो उनके कंपन पर आधारित होते हैं, प्रयोगशाला स्पेक्ट्रोमीटर जैसे इनैलास्टिक इलेक्ट्रॉन टनलिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (IETS) के समान। वर्तमान सिद्धांत प्रस्तावित करता है कि जब कोई अणु बंधता है, तो एक इलेक्ट्रॉन को प्रोटीन के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में स्थानांतरित होना चाहिए। यह स्थानांतरण एक ऊर्जा विनिमय उत्पन्न करता है जो मस्तिष्क को एक संकेत भेजता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि अणु हमेशा अपनी निम्नतम ऊर्जा स्तर पर कंपन करते रहते हैं। हालांकि, यदि किसी अणु के उच्च कंपन मोड में कूदने के लिए आवश्यक ऊर्जा उस ऊर्जा से मेल खाती है जिसे एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करने के लिए जारी करना चाहिए, तो स्थानांतरण होता है, और हमारे मस्तिष्क में एक गंध सक्रिय हो जाती है। इसके विपरीत, यदि ऊर्जा संरेखित नहीं होती है, तो कोई स्थानांतरण नहीं होता है, और गंध महसूस नहीं होती है।
वैज्ञानिक जिज्ञासा से परे, ट्यूरिन ने इत्र उद्योग की सेवा करने वाली कंपनी फ्लेक्सिट्रल की स्थापना के लिए इस घ्राण कंपन सिद्धांत को लागू किया। अणुओं के कंपन मोड की गणना करके, वह सस्ते विकल्पों के साथ महंगे यौगिकों को बदल सकते थे, जिनकी सुगंध इत्र निर्माताओं द्वारा उनके अद्वितीय सुगंध के लिए सराही जाती थी, जो समान रूप से कंपन करते थे और इसलिए समान गंध आती थी। रेज़ाबल नौकास बिलबाओ 2025 में अपने प्रस्तुति का समापन दर्शकों को याद दिलाते हुए करेंगी कि क्वांटम यांत्रिकी, हालांकि दूरस्थ लगती है, हमारे दैनिक जीवन में हम जितना सोचते हैं उससे कहीं अधिक मौजूद है, क्योंकि "हमारे शरीर में कई घटनाएं क्वांटम सिद्धांतों पर आधारित हैं।" गंध के मामले में, सभी साक्ष्य बताते हैं कि कंपन ही कुंजी है।