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当你呼吸时 ， 气味分子会被吸入鼻子 ， 然后被一层粘液捕获 ， 最后被带到鼻腔顶部一个称为嗅觉上皮的区域 。 这个区域包含特殊的受体位点 ， 这些受体位点可以检测分子并向大脑发送信号 。
我们知道 ， 我们对气味的感觉是由气味分子被受体部位捕捉到的 ， 从而导致这些神经元放电 。 但是 ， 因为我们不能直接观察受体 ， 我们必须从间接证据中推断它们是如何工作的 。 现在有两个关于气味受体如何工作的主要理论：形状和振动 。
形状理论认为 ， 气味感受器具有适合气味分子的特定形状 ， 就像一把钥匙插入锁中 。 然而 ， 这个理论并不完全有效 ， 因为我们只有大约300种不同的感受器 ， 但我们可以检测到大约10000种不同的气味 ， 所以背后肯定有一些更复杂的原理 。
最新的理论是 ， 每个受体都只与分子的一个部分匹配 ， 因此任何具有该部分的分子都有相似的气味 ， 例如任何具有硫氢键的分子都会闻起来像臭鸡蛋 。 然而 ， 这个理论并不能解释一切 。 有些分子由完全相同的基团组成 ， 只是排列方式不同 ， 但它们的气味却截然不同 。 例如 ， 香兰素与异香兰素具有相同的分子基团 ， 只是顺序不同 ， 但前者闻起来像香草 ， 后者有一种非常难闻的、令人作呕的药味 。
所以有另一种嗅觉感受器的理论：振动理论 。 在气味的振动模型中 ， 气味受体可以根据不同分子的振动方式来区分它们 。 每个化学键都有一定的共振频率 ， 它会自然振动 。 有点像吉他弦总是以相同的频率共振 ， 因此总是给你相同的音高 。
不同的分子具有不同的振动频率特征集 ， 这取决于它们是由什么原子构成的以及它们是如何连接的 。 过去 ， 科学家们利用这种特性在拉曼光谱中利用光来计算分子的化学成分 。 当我们用激光照射一束分子时 ， 光被吸收使这些分子键振动 ， 然后发出不同频率的光 。 我们可以查看这种新光的频率 ， 并计算出这些分子是由什么组成的 。
这是检测不同种类分子的好方法 ， 也许我们的气味受体也在做类似的事情 。 但是多年来 ， 气味的振动理论并不是很流行 ， 因为我们的鼻子无法进行拉曼光谱 ， 我们的鼻子处在黑暗之中 。
但是还有另一种方法来检测分子的振动 ， 它使用电子的量子隧穿效应 。 量子隧穿效应是一种现象 ， 其中像电子这样的量子粒子可以传播到普通“经典”粒子无法到达的地方 ， 它们可以通过从一侧消失并立即出现在另一侧来跳过壁垒 。 这是量子粒子的反直觉行为之一 ， 并且是量子粒子表现为波的结果 。
【我们能闻到气味，要感谢量子力学的帮助】在特定情况下 ， 电子隧穿实际上可以用来找到分子的共振频率 。 如果我们取两种金属并用一个小屏障将它们分开 ， 然后施加电压使电子被推到一侧 。 通常在经典物理学中 ， 电子不能穿过这个势垒 ， 但如果间隙非常小 ， 它可以量子隧穿到另一边 。 但是还有一个附加条件 ， 金属中的电子具有一定的能量 ， 只有存在具有相同能量的空穴时 ， 它才能隧穿到另一侧 。 但是如果另一边的空穴能量较低 ， 电子就不能隧穿 ， 因为没有多余的能量可以去到那里 。
但?是 ， 如果我们将一个分子引入间隙中 ， 就会发生一些有趣的事情 。 如果电子和空穴之间的能量差与振动分子共振之一所需的能量相同 ， 则电子被允许穿过隧道 ， 并且当它隧穿时它会将其额外能量用于振动分子 。
科学家们已经建造了利用这种特性探测分子的机器 ， 这种技术被称为非弹性电子隧穿光谱 。 我们可以放入不同的分子 ， 改变电子和空穴之间的能量差 ， 看看电子是否会隧穿 ， 这将告诉你分子的共振 ， 从而告诉我们它是由什么制成的 。
也许我们的鼻子也在做同样的事情 ， 也许我们的气味感受器的行为就像金属和间隙一样 ， 它正在等待气味分子进入 ， 这使得电子穿过感受器并触发神经 。 为了找出答案 ， 科学家们做了一些非常聪明的实验 。 根据该理论 ， 如果你能改变一个分子的共振频率 ， 你也会改变它的气味 。 他们采用同一种分子 ， 其中一部分用更重的氘代替了所有的氢原子 ， 改变了共振频率 。 接下来让不同的受试者嗅探它们 ， 看看他们是否能分辨出它们之间的区别 ， 最终得出的结论是闻起来确实不同 。
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