鳥兒是怎麼導航的？
在我們人類社會，導航現象是非常重要的。一般情況下，我們人類使用由GPS或者北斗系統等定位系統建立類似於高德地圖這樣的電子地圖在地球上導航，這種導航技術可以使得開車或者開飛機不至於迷路。那麼，動物中的鳥類又是怎麼導航的呢？
2016年6月19日，在「小有文化」的支持下，北京科技大學教師季燕江在北京市北三環附近的「彼岸書店」進行了「鳥兒是怎麼導航的」科普講座。本次活動是「量子與生物」讀書會系列活動之一，清華大學量子物理研究人員尹璋琦與科普網站「蝌蚪五線譜」的科普作家張軒中也參加了本次科普講座並進行了討論。
季燕江首先介紹了一些動物的導航能力，比如小丑魚與大馬哈魚就有很強的導航洄遊能力，而帝王蝶則能通過幾代繁殖來連續進行大範圍的導航性遷徙。季燕江說：「鳥類的導航分為兩種，一種是群體性的，比如大雁，天冷了朝南飛，然後等天氣熱了又集體朝北飛。另外一種是個體性的，比如信鴿，古代戰場上的信鴿能送信，送了信還能回來原來的出發地點。」
季燕江接著介紹，據他所看的一些文獻，鳥兒的導航機制是由眼睛的光學成像再加上對地磁場的傾角的判斷來進行聯合導航的。在這裡，地球磁場的存在是非常重要的。而所謂地磁場的傾角則是地磁感應線與水平面的夾角。而水平面由重力場來決定，因此鳥兒還應該能感受到重力場的方向。
地磁場的磁感應線如下圖所示：
地球的磁場強度大概在1個高斯以下，但它的存在卻對鳥兒的導航非常重要——有一種機制認為，鳥兒身上有一種磁感應蛋白，能感受到這種地磁場的極性（對於這一部分可以參考謝燦等關於磁感應蛋白的工作，但這一工作似乎突破了熱力學極限而且缺乏生物活體實驗；另外可以參考張生家等關於磁蛋白遺傳學方面的工作，後者的工作不是觀察試管內的 蛋白質的行為而完成，而具有生物活體實驗現象）。但在季燕江的講座中，他告訴大家，如果從更底層的物理機制而不是從生物學機制上進行考慮，那麼鳥兒之所以能導航與量子力學有關。
其主要導航思想是：光照進鳥兒的眼睛激發自由基對，自由基對上的兩個電子可構成自旋單態或自旋三重態；在地磁場和核磁場的聯合作用下自旋單態和自旋三重態可相互轉變；自旋單態和自旋三重態可發生不同化學反應，反應產物是生物體可感受到的。
由此可見，地球磁場的存在對鳥兒的導航真的非常重要，因為磁場是改變電子自旋狀態的原因。而所謂自旋的相干態的維持在生物體體內（因為溫度太高）其實非常困難，因此這裡面存在一個特徵的退相干時間——如果這個時間長到足夠引起生物體內蛋白的響應，那麼導航功能就可以建立起來。
為此，季燕江還介紹了地球磁場的來源。
季燕江說：「地球內部有一個液態的鐵合金流體，這個流體不是等離子體，本身是不帶電的，因此其運動不會產生磁場。但是，在地球自轉的影響下，液態的鐵合金流體會受到地球的科氏力的影響而產生旋渦，這個旋渦類似於抽水馬桶沖水時候的旋渦，這個旋渦的產生類似於通電螺線管的螺線，在太陽的磁場的影響下，這個螺線管會切割太陽的磁場產生電流，而這個電流在地球上產生了地磁場。」
本次科普講座結束後，季燕江還回答了到場聽眾提出的問題，與大家進行了詳細交流。
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