Évszázadok óta rejtély, hogyan tájékozódnak az állatok, és hogy tudják az esetenként rendkívül hosszú, kontinenseken átívelő vonulási útvonalaikat megtalálni. Azt már tudjuk, hogy ehhez különféle módszereket alkalmaznak, vannak, amelyek napközben a Naphoz igazodnak, és vannnak, amelyek éjszak a csillagos égbolt alapján tájékozódnak. Néhány állatfaj képes megjegyezni a tájékozódási pontokat, és olyanok is akadnak, amelyek szaglás útján lelik meg az útvonalukat. Mindközül a vörösbegy rendelkezik a legrejtélyesebb tájékozódási képességgel. Ez az apró madár a Föld mágneses mezejének erejét és irányát érzékeli, amelyre más állatfajok is képesek ugyan, de az ő módszere alapjaiban eltér a többiekétől.

Egy apró madár, ami sokkal érzékenyebb az iránytűnél

A vörösbegy (Erithacus rubecula) vándorlási útvonala 195 fokos dőlésszögű, amely a déli iránytól 15 fokkal nyugatra eltérve halad dél felé. Amikor októberben útra kelnek, nagyjából ebbe az irányba haladnak, akár 300 kilométert is megtéve naponta.

Más vándormadaraktól eltérően nincs konkrét úti céljuk,

mivel nem egy megadott helyre repülnek, de ha számukra megfelelőnek tűnő területre érnek, megállnak, megjegyzik a tájékozódási pontokat, majd visszatérnek ide.

A vörösbegy (Erithacus rubeculaÍ) a rigófélék családjába tartozó kistestű énekesmadárForrás: Flickr/Nuno Xavier

Ha kellő erőben van, a vörösbegy átrepüli az egész észak-afrikai partvonalat. Noha az éjszakai látása kitűnő, de nem tájékozódási pontokat jegyez meg és nem is a csillagokat követi, mint a legtöbb éjszakai vándormadár.

A Föld mágneses mezeje nagyon gyenge, egy hagyományos hűtőmágnesnek körülbelül csak a 100-ad része,

ami mindössze arra elegendő, hogy egy majdnem surlódásmentes iránytűt enyhén kimozdítson. Hogyan érzékeli akkor a vörösbegy ezt a rendkívül gyenge mágneses mezőt?

A Föld mágneses mezeje, a magnetoszféra művész ábrája. A magnetoszféra védi meg többek között a földi élővilágot a Napból érkező korpuszkuláris sugárzás káros hatásaitólForrás: NASA

A tudósok úgy gondolják, hogy a tér valamilyen módon hatással kell legyen a szervezetében zajló tisztázatlan biokémiai folyamatra, de az élő sejtben található vegyületek és a Föld mágneses tere közti kölcsönhatás energiája mindössze 1 milliárdod része annak, ami ahhoz szükséges, hogy a kémiai kötés felszakadjon.

A titokzatos kvantumösszefonódás, amit annyira ellenzett Einstein

A madarak érzékelése nem úgy működik, mint egy átlagos iránytű. A mágneses iránytű az északi és a déli pólust érzékeli, míg a vörösbegy biológiai iránytűje a sarkok és az Egyenlítő közti különbséget detektálja. Létezik ilyen elven működő műszer, ez az úgynevezett mágneseselhajlás-mérő iránytű, vagy inklinációs iránytű. Ez az erővonalak és a földfelszín közti beesési szöget méri, megmutatva azt, hogy az Egyenlítő, vagy pedig a sarkok felé haladunk-e, de az északi és a déli sark közt nem tud különbséget tenni.

A hagyományos mágneses iránytű az északi illetve déli pólus irányába mutatForrás: Wikimedia Commons/Bios~commonswiki

A déli pólustól kiinduló mágneses erővonalak az északi sarkba torkollanak a Föld kerülete mentén haladva. A sarkoknál csaknem merőlegesek ezek a vonalak, az ekvatoriális zónában pedig szinte párhuzamosak az Egyenlítővel. Mivel a sarkoknál ugyanakkora a beesési szög,

ezért az inklinációs iránytű nem tud különbséget tenni az északi és a déli sark között,

hanem mindig a legközelebbi pólus felé mutat, vagyis ezzel megállapítható, hogy melyik pólus felé közeledünk, és melyiktől távolodunk.

Egy inklinációs iránytűForrás: Vanderbit Dyer Observatory - Vanderbit University

De hogyan lehetséges ez? A jelenségnek kvantummechanikai magyarázata van. Ehhez egy olyan kvantumfizikai jelenséget használnak, a kvantumösszefonódást,  ami ellen Albert Einstein annyira ágált és kísérteties távolhatásnak nevezte, mivel ez ellentmondott a speciális relativitáselmélet egyik legfontosabb tételének, miszerint semmi sem haladhat gyorsabban a fénynél.

Számos élőlény tájékozódik a kísérteties távolhatás alapján

A vörösbegy retinájában egy foton ütközik egy kriptokróm molekulával, amely valószínűleg egy speciális látósejtben helyezkedik el. Az ütközés energiája elektronokat szakít ki, és ezeketeb átlöki a szomszédos kriptokróm molekulába. Így mivel most már mindegyikük páratlan számú elektronnal rendelkezik, a két molekula úgynevezett szabadgyök pár lesz, és nem-lokális kapcsolatba kerülnek egymással. Mivel az elektronok spinnel rendelkeznek, a két érintett molekula mágnesessé is válik.

A vörsbegy az alapján tájékozódik, amit Einstein pedig elvetettForrás: Wikimedia Commons/Orren Jack Turner, Princeton - Wikimedia Commons/Francis C. Franklin

Az összefonódott elektronok ezután létrehozzák a szuperpozícióban lévő úgynevezett triplet/szinglet állapotot, ami nagyon érzékeny a mágneses tér jelenlétére, a mágneses tér nagyságára és szögére, így a madár repülési iránya miatt a kémiai reakciókban keletkező végtermékek eltérőek lesznek,

és ez az eltérés létrehoz egy jelet,

ami a madár agyába jut,és amelyből a vörösbegy képes megállapítani azt, hogy melyik a saját helyzetéhez képest közelebbi mágneses pólus.

A vörösbegy egészen különleges módszerrel tájékozódik a vándorlása soránForrás: Wikinature

A madár szemében számtalan fentebb említett szabadgyökpár keletkezik, ami, ahogy a madár mozgatja a fejét, egy elmosódott képet hoz létre - de annyira nem, hogy ez zavarja a normál látást -, és ami együtt mozog a madár pozíciójával a földhöz illetve a bolygó mágneses terének inklinációjához képest. A vörösbegyeknek tehát egy egészen különleges fényreceptorokon alapuló mágnességérzékelésük van.

A kékcápa (Prionace galuca) más vándorló cápafajokhoz hasonlóan szintén a mágneses erőterek változásait érzékelve tájékozódikForrás: Lukas Mueller

A mágnesség érzékelés képességével más állatok is rendelkeznek, a madarakon kívül például tengeri rákok, ráják, cápák, bálnák, delfinek, méhek, sőt még bizonyos mikrobák is. Már több élőlénynél is felfedezték

a kriptokrómmal kapcsolatba hozható mágnesség érzékelés képességét,

így például a csirkéknél, a gyümölcslegyeknél, vagy az amerikai csótányoknál is. Mindez arra utal, hogy a "kvantumos iránytű"evolúciós eredete nagyon ősi lehet. Az élőlények egy része így már ősidők óta a kísérteties távolba hatást alkalmazva tájékozódik csakúgy mint a vörösbegy a vándorlása során.