جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025: ميكانيكا الكم من المجهري إلى العياني

بعد مرور 100 عام بالضبط على اكتشاف ميكانيكا الكم، كرّمت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 ثلاثة علماء أمريكيين أثبتوا أن التأثيرات الكمومية الغريبة يمكن أن تحدث على نطاق واسع، مما فتح حقبة جديدة لتكنولوجيا الكم.

أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم، في مؤتمر صحفي عُقد في ستوكهولم، السويد، في السابع من أكتوبر/تشرين الأول، فوز العلماء جون كلارك، وميشيل إتش. ديفوريه، وجون إم. مارتينيس، بجائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام. - الصورة: رويترز

في عام 1925، اكتشف الفيزيائيون هايزنبرغ وشرودنغر وديراك ميكانيكا الكم - وهو اكتشاف رائع كان له تأثير غير العالم .

وبعد مرور 100 عام بالضبط، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لثلاثة فيزيائيين أمريكيين نقلوا تأثير النفق الكمومي - وهو تأثير كمومي غريب مجهري - إلى العالم العياني، مما فتح العديد من التطبيقات الرائدة.

من الرائع أن نحتفي بوجود ميكانيكا الكم لقرون، وهي تقدم باستمرار مفاجآت جديدة. كما أنها مفيدة للغاية، لأن ميكانيكا الكم هي أساس جميع التقنيات الرقمية .

أولي إريكسون (رئيس لجنة نوبل للفيزياء، متحدثاً)

اكتشاف رائد حول تأثير النفق.

وقد مُنح ثلاثة فيزيائيين أمريكيين، هم جون كلارك وميشيل إتش ديفوريه وجون إم مارتينيس، جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لاكتشافهم "تأثيرات النفق الكمي العياني وتكميم الطاقة في الدوائر الكهربائية"، وفقًا لإعلان لجنة نوبل.

تُكرّم جائزة هذا العام سلسلة من التجارب التي أجروها في عامي 1984 و1985 على الدوائر فائقة التوصيل، مما يدل على أن "النفق" - ظاهرة مرور الجسيمات عبر الحواجز التي كان يُعتقد سابقًا أنها ممكنة فقط في ميكانيكا الكم - يمكن أن يحدث على نطاقات أكبر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.

الأستاذ جون كلارك، الحاصل على درجة الدكتوراه من جامعة كامبريدج عام 1968، كان أستاذاً للفيزياء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي منذ عام 1969. وهو حالياً أستاذ فخري في كلية الدراسات العليا بالجامعة.

ميشيل إتش. ديفوريه، المولود في باريس والحاصل على درجة الدكتوراه هناك، هو أستاذ فخري في الفيزياء التطبيقية في معهد ييل الكمي، جامعة ييل.

يحمل الدكتور جون إم. مارتينيس شهادة الدكتوراه من جامعة كاليفورنيا، بيركلي. بعد التدريس في الجامعة، عمل مؤخراً مع فريق الذكاء الاصطناعي الكمي في جوجل.

في منتصف ثمانينيات القرن العشرين، انضم ديفوريه إلى مجموعة كلارك البحثية كباحث ما بعد الدكتوراه، إلى جانب طالب الدكتوراه مارتينيس. وقد خاضوا معًا تحدي إثبات تأثيرات النفق الكمومي على المستوى العياني.

في التجارب، قام العلماء الثلاثة ببناء دارة كهربائية من موصل فائق قادر على توصيل التيار دون مقاومة. ومن خلال ضبط خصائص الدارة وقياسها بدقة، تمكنوا من التحكم في الظواهر الناتجة. شكلت الجسيمات المشحونة التي تتحرك عبر الموصل الفائق نظامًا يعمل كما لو كانت جسيمًا واحدًا يملأ الدارة بأكملها.

تكون هذه الجسيمات في البداية في حالة يمر فيها التيار الكهربائي من خلالها دون جهد كهربائي، كما لو كانت محجوبة بحاجز لا يمكن التغلب عليه.

أظهر النظام في التجربة خصائص كمومية من خلال الهروب من هذه الحالة عبر تأثير النفق الكمومي. كما أثبت العلماء الثلاثة أن النظام مُكمّم، أي أنه يمتص أو يُصدر كمية محددة من الطاقة فقط.

توضيح لتأثير النفق الكمومي: ارمِ كرةً على جدار سترتد. لكن ارمِ جسيمًا صغيرًا وسيمر عبر الجدار إلى الجانب الآخر. يميل هذا التأثير إلى التضاؤل ​​مع ازدياد عدد الجسيمات، ولهذا السبب لا نرى أحدًا يمر عبر الجدران في حياتنا اليومية. - الصورة: يوهان يارنستاد/الأكاديمية السويدية للعلوم

تمهيد الطريق لتكنولوجيا الكم.

لهذه التجربة آثارٌ بالغة الأهمية على فهمنا لميكانيكا الكم. ففي السابق، كانت تأثيرات ميكانيكا الكم على المستوى العياني تتضمن العديد من الجسيمات المجهرية التي تتحد معًا لتُنتج ظواهر مثل الليزر والموصلات الفائقة والموائع الفائقة. إلا أن تجارب الفيزيائيين الثلاثة الحائزين على جائزة نوبل لهذا العام أظهرت تأثيرًا عيانيًا مباشرًا.

يفتح هذا النوع من الحالات الكمومية العيانية آفاقًا جديدة للتجارب التي تستخدم الظواهر التي تحكم العالم المجهري. ويمكن اعتباره شكلاً من أشكال الذرة الاصطناعية على نطاق واسع، يُستخدم لمحاكاة ودعم الأبحاث في الأنظمة الكمومية الأخرى.

كان أحد التطبيقات المهمة هو الحاسوب الكمومي الذي طوره مارتينيس لاحقًا. لقد استخدم تحديدًا تكميم الطاقة الذي أثبته هو واثنان من الحائزين على جائزة نوبل، باستخدام دوائر ذات حالات مُكمّمة كبتات كمومية أو كيوبتات، حيث تكون أدنى حالة طاقة هي 0 والمستويات الأعلى هي 1.

تُعدّ الدوائر فائقة التوصيل إحدى التقنيات التي يجري استكشافها في إطار الجهود المبذولة لبناء الحواسيب الكمومية. وقد قاد مارتينيس فريق أبحاث الحوسبة الكمومية في جوجل من عام 2014 إلى عام 2020.

أوضح كلارك أن أبحاثهم ساهمت في تمهيد الطريق للتقدم التكنولوجي، مثل اختراع الهاتف المحمول. كما أكدت لجنة نوبل: "لا توجد اليوم أي تقنية متقدمة لا تعتمد على ميكانيكا الكم، بما في ذلك الهواتف المحمولة والكاميرات... والألياف البصرية".

عندما تلتقي الفيزياء والكيمياء في "النفق" الكمومي.

ستُمنح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لثلاثة علماء لاكتشافاتهم في ميكانيكا الكم قبل أربعين عامًا. هذه النتيجة ليست مفاجئة تمامًا، إذ أعلنت اليونسكو عام 2025 عامًا دوليًا لعلوم وتكنولوجيا الكم.

صرحت لجنة نوبل قائلة: "ميكانيكا الكم هي أساس كل التكنولوجيا الرقمية ... لقد وضعت تجاربهم الأساس لتطورات تكنولوجية جديدة تستند إلى مبادئ الكم".

اكتشف هؤلاء الفيزيائيون الثلاثة ظاهرة النفق الكمومي وحددوا قفزات الطاقة في الدوائر الكهربائية. وسرعان ما أصبحت ظاهرة النفق الكمومي مفهوماً أساسياً في تفسير العديد من التفاعلات الكيميائية.

ببساطة، تخيل عبور ممر هاي فان: عادةً ما يتعين على المواد المتفاعلة "تسلق الممر" بطاقة عالية جدًا، ولكن في بعض الأحيان "تسلك نفقًا"، متجاوزة حاجز الطاقة بشكل أسرع لبدء التفاعل.

يُدرَّس مفهوم النفق الكمومي في كتب الحركية الكيميائية على مستوى الجامعة، ويُحاكى باستخدام أساليب الكم عند حساب ثوابت سرعة التفاعل. وهكذا، تتشابك الفيزياء والكيمياء، مرة أخرى، بشكلٍ مذهل.

الأستاذ نغوين مينه ثو - أستاذ فخري في جامعة لوفين الكاثوليكية، بلجيكا

نعود إلى الموضوع

الدكتور نغوين ترونغ دان

المصدر: https://tuoitre.vn/nobel-vat-ly-2025-co-hoc-luong-tu-tu-vi-mo-den-vi-mo-20251007222830181.htm