جائزة نوبل في الفيزياء 2025: ميكانيكا الكم من الميكرو إلى الماكرو

بعد مرور مائة عام بالضبط على اكتشاف ميكانيكا الكم، تم منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لثلاثة علماء أمريكيين أثبتوا أن التأثيرات الكمية الغريبة يمكن أن تحدث على نطاق واسع، مما يفتح عصرًا جديدًا لتكنولوجيا الكم.

تم الإعلان عن فوز العلماء جون كلارك وميشيل إتش ديفوريت وجون إم مارتينيس بجائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام من قبل الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم، في مؤتمر صحفي في ستوكهولم، السويد، في 7 أكتوبر/تشرين الأول - الصورة: رويترز

في عام 1925، اكتشف الفيزيائيون هايزنبيرج وشرودنجر وديراك ميكانيكا الكم - وهو اكتشاف غريب من شأنه أن يغير العالم .

وبعد مرور مائة عام بالضبط، تم منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 لثلاثة من علماء الفيزياء الأميركيين الذين جلبوا تأثير النفق الكمي - وهو تأثير كمي مجهري غريب - إلى العالم العياني، مما فتح الباب أمام العديد من التطبيقات الرائدة.

من الرائع أن نتمكن من الاحتفال بالطريقة التي تُقدم بها ميكانيكا الكم، التي تمتد لقرون، مفاجآت جديدة باستمرار. كما أنها مفيدة للغاية، لأن ميكانيكا الكم هي أساس جميع التقنيات الرقمية .

أولي إريكسون (رئيس لجنة نوبل للفيزياء، متحدثًا)

اكتشاف رائد لتأثير النفق

حصل ثلاثة علماء فيزياء أمريكيين، هم جون كلارك وميشيل إتش ديفوريت وجون إم مارتينيس، على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 "لاكتشافهم تأثيرات النفق الكمي العياني وتكميم الطاقة في الدوائر الكهربائية"، وفقًا لإعلان لجنة نوبل.

تكرم جائزة هذا العام سلسلة من التجارب التي أجروها في عامي 1984 و1985 على الدوائر الفائقة التوصيل، والتي أظهرت أن "النفق" - ظاهرة مرور الجسيمات عبر الحواجز والتي لا يمكن أن تحدث إلا في ميكانيكا الكم - يمكن أن تحدث على نطاقات أكبر بكثير مما كان يعتقد في السابق.

حصل البروفيسور جون كلارك على درجة الدكتوراه من جامعة كامبريدج عام 1968، وكان أستاذًا للفيزياء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي منذ عام 1969. وهو يشغل حاليًا منصب أستاذ فخري في كلية الدراسات العليا بالجامعة.

ميشيل إتش ديفوريت، ولد في باريس وحصل على الدكتوراه هناك، وهو أستاذ فخري للفيزياء التطبيقية في معهد ييل الكمومي بجامعة ييل.

حصل جون م. مارتينيس على درجة الدكتوراه من جامعة كاليفورنيا، بيركلي. بعد التدريس فيها، عمل مؤخرًا مع فريق الذكاء الاصطناعي الكمي في جوجل.

في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، انضم السيد ديفوريت إلى فريق السيد كلارك البحثي كباحث ما بعد الدكتوراه، برفقة طالب الدكتوراه مارتينيس. وواجها معًا تحدي إثبات تأثير النفق الكمي على المستوى العياني.

في تجاربهم، بنى العلماء الثلاثة دوائر من موصلات فائقة قادرة على توصيل التيار الكهربائي دون مقاومة. ومن خلال تعديل خصائص الدائرة وقياسها، تمكنوا من التحكم في الظواهر التي حدثت. شكلت الجسيمات المشحونة التي تتحرك عبر الموصل الفائق نظامًا يتصرف كما لو كان جسيمًا واحدًا يملأ الدائرة بأكملها.

يتواجد هذا النظام من الجسيمات في البداية في حالة يتدفق فيها التيار بدون جهد، كما لو كان مسدودًا بحاجز لا يمكن عبوره.

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

توضيح لتأثير النفق الكمومي: ارمِ كرةً على جدار، سترتد. لكن ارمِ جسيمًا مجهريًا، سيخترق الجدار. عادةً ما يتضاءل هذا التأثير لدى مجموعة كبيرة من الجسيمات، ولهذا السبب لا نرى شخصًا يمر عبر جدار في حياتنا اليومية - صورة: يوهان يارنستاد/الأكاديمية السويدية للعلوم

تمهيد الطريق لتكنولوجيا الكم

لهذه التجربة آثارٌ مهمةٌ على فهم ميكانيكا الكم. في السابق، كانت التأثيرات الميكانيكية الكمومية العيانية تتضمن اندماج العديد من الجسيمات المجهرية لإنتاج ظواهر مثل الليزر والموصلات الفائقة والموائع الفائقة. إلا أن تجارب الفيزيائيين الثلاثة الحائزين على جائزة نوبل لهذا العام أنتجت تأثيرًا عيانيًا مباشرًا.

يفتح هذا النوع من الحالات الكمومية العيانية آفاقًا جديدة للتجارب التي تستكشف الظواهر التي تحكم العالم المجهري. ويمكن اعتباره نوعًا من الذرات الاصطناعية على نطاق واسع، تُستخدم لمحاكاة أنظمة كمومية أخرى والمساعدة في دراستها.

كان الحاسوب الكمي الذي نفّذه مارتينيس لاحقًا أحد التطبيقات المهمة. استخدم مارتينيس بالضبط تكميم الطاقة الذي برهن عليه هو وزميلاه الحائزان على جائزة نوبل، مستخدمًا دوائر ذات حالات كمومية كبتات كمية أو كيوبتات، حيث تكون أدنى حالة طاقة هي 0 وأعلى حالة طاقة هي 1.

تُعد الدوائر الفائقة التوصيل إحدى التقنيات التي تُستكشف في إطار جهود بناء الحواسيب الكمومية. ترأس مارتينيس مجموعة أبحاث الحوسبة الكمومية في جوجل من عام ٢٠١٤ إلى عام ٢٠٢٠.

قال السيد كلارك إن أبحاثهم مهدت الطريق للتقدم التكنولوجي، مثل ظهور الهواتف المحمولة. وأكدت لجنة نوبل أيضًا: "لا توجد تقنية متقدمة اليوم لا تعتمد على ميكانيكا الكم، بما في ذلك: الهواتف المحمولة، والكاميرات... وكابلات الألياف الضوئية".

عندما تلتقي الفيزياء والكيمياء في "النفق" الكمي

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام ٢٠٢٥ لثلاثة علماء لاكتشافاتهم في ميكانيكا الكم قبل أربعين عامًا. وهذه النتيجة ليست مفاجئة، إذ اختارت اليونسكو عام ٢٠٢٥ عامًا دوليًا لعلوم وتكنولوجيا الكم.

صرحت لجنة نوبل: "إن ميكانيكا الكم هي أساس كل التكنولوجيا الرقمية... وقد أرست تجاربهم الأساس للتقدم التكنولوجي الجديد المبني على مبادئ الكم".

اكتشف هؤلاء الفيزيائيون الثلاثة ظاهرة النفق، وحددوا قفزات الطاقة في الدوائر الكهربائية. وسرعان ما أصبحت ظاهرة النفق مفهومًا محوريًا في تفسير العديد من التفاعلات الكيميائية.

يمكن تخيل الأمر ببساطة كما هو الحال عند المرور عبر ممر هاي فان: غالبًا ما يتعين على المتفاعلات "تسلق الممر" بطاقة عالية جدًا، ولكن في بعض الأحيان "تمر عبر النفق"، وتتغلب على حاجز الطاقة بشكل أسرع لإنشاء تفاعل.

يُدرَّس النفق في الجامعات ضمن كتب الحركية الكيميائية، ويُنمذج باستخدام أساليب الكمّ لحساب ثوابت سرعة التفاعل. ومرة ​​أخرى، يمتزج الفيزياء والكيمياء بشكلٍ رائع.

البروفيسور نغوين مينه ثو - أستاذ فخري بجامعة KU Leuven، بلجيكا

العودة إلى الموضوع

الدكتور نجوين ترونغ دان

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