100 let kvantové mechaniky: Lidé, kteří změnili svět

(Dan Tri) - Letos si připomínáme 100. výročí zrodu kvantové mechaniky, od průlomových teorií až po globální aplikace. Pro Vietnam je to skvělá příležitost chopit se vlny kvantové technologické revoluce a utvářet budoucnost.

Na této černobílé fotografii pořízené na počátku 20. století sedí desítky vědců v elegantních oblecích před starobylou gotickou budovou.

Nebylo to obyčejné setkání – byla to jedna z nejdůležitějších vědeckých konferencí v dějinách lidstva, která svedla dohromady největší mozky fyziky 20. století.

Mezi těmito vážnými tvářemi byl Albert Einstein s charakteristickými stříbrnými vlasy, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Planck a mnoho dalších vědců – kteří společně vybudovali jednu z nejrevolučnějších vědeckých teorií: kvantovou mechaniku.

Solvayova konference v roce 1927 svedla dohromady tehdejší přední světové vědce (Foto: Wiki).

Letos si připomínáme 100 let od oficiálního zrodu kvantové mechaniky. Organizace spojených národů vyhlásila rok 2025 Mezinárodním rokem kvantové vědy a techniky, aby oslavila století této vědecké revoluce a pokračovala ve zkoumání jejího potenciálu v příštím století.

Je to také příležitost ohlédnout se za mimořádnou cestou teorie, která zcela změnila způsob, jakým lidé chápou vesmír, a vytvořila aplikace v dnešním životě.

Původ revoluce

V létě roku 1925 cestoval Werner Heisenberg, mladý německý fyzik, na ostrov Helgoland v Severním moři, aby unikl těžké pylové alergii, kterou trpěl.

Právě na tomto odlehlém místě uvažoval o napsání revolučního článku „o reinterpretaci kinematických a mechanických vztahů z hlediska kvantové teorie“. Nečekal však, že po svém vydání článek otevře novou éru fyziky.

Vědci si již uvědomili, že Newtonova klasická fyzika nedokáže vysvětlit mnoho jevů na atomové úrovni.

Geniální fyzik Albert Einstein přispěl k rozvoji fyziky - kvantové mechaniky (Foto: PBS).

Max Planck objevil, že energie je absorbována a vyzařována v diskrétních „balíčcích“ zvaných kvanta. Einstein tuto myšlenku použil k vysvětlení fotoelektrického jevu. Byl to však Heisenberg a jeho kolegové, kdo vybudoval kompletní teoretický systém nové větve fyziky – kvantové mechaniky.

Zvláštní je, že kvantová mechanika není jen nová teorie, která nahrazuje tu starou. Vyžaduje, abychom se zbavili našich intuitivních představ o realitě.

V kvantovém světě mohou částice existovat ve více stavech současně (tzv. kvantová superpozice), mohou se navzájem okamžitě ovlivňovat, i když jsou od sebe vzdáleny miliony mil (kvantové provázání), a nemůžeme znát zároveň polohu i hybnost částice (podle Heisenbergova principu neurčitosti).

Od teorie k širokému uplatnění

Mnoho lidí si myslí, že kvantová mechanika je jen složitá matematická formule v laboratoři. Ve skutečnosti však pronikla do všech koutů moderního života.

Většina elektronických zařízení, která denně používáme, funguje na kvantových principech. Chytrý telefon ve vaší kapse obsahuje miliardy tranzistorů – zařízení vynalezených na základě pochopení kvantové mechaniky polovodičů.

Bez kvantové mechaniky bychom neměli počítače, internet, GPS... Nebo laser – další důležitý vynález založený na kvantových principech – se široce používá od čteček čárových kódů v supermarketech, čteček CD/DVD až po oční operace a přenos dat přes optické kabely...

Přístroje pro magnetickou rezonanci (MRI) fungují na principu jaderné magnetické rezonance – kvantového jevu (Foto: ST).

Moderní medicína také výrazně těží z kvantové mechaniky. Přístroje pro magnetickou rezonanci (MRI) fungují na principu jaderné magnetické rezonance – kvantového jevu.

Radiační léčba rakoviny je také založena na pochopení kvantové fyziky atomových jader.

I něco tak zdánlivě přitaženého za vlasy, jako je kosmologie, vyžaduje kvantovou mechaniku. Chápeme, proč hvězdy září, jak vytvářejí těžké prvky a jak nakonec umírají – to vše díky kvantové mechanice.

Vysvětluje, proč se pevná hmota nehroutí, proč kovy vedou elektřinu a nespočet dalších přírodních jevů.

„Skryté postavy“ historie

Když se ohlédneme za historickým portrétem kvantových fyziků, často rozpoznáváme pouze slavná jména jako Einstein, Heisenberg nebo Schrödinger. Příběh rozvoje tohoto oboru však zahrnuje mnoho dalších zapomenutých postav, zejména žen.

Lucy Mensingová byla jednou z takových žen. Pracovala ve stejné skupině jako Heisenberg a vypočítala některé z prvních aplikací jeho teorie kvantové mechaniky.

Existuje mnoho dalších významných vědkyň, kterým se v historii nedostalo uznání, které si zaslouží. V roce 2025 bude vydána biografická kniha o 16 ženách v historii kvantové fyziky, která pomůže osvětlit tyto zapomenuté příspěvky.

Kvantový počítač vyzkoumán a vyvinut v Číně (Foto: The Quantum Insider).

To nám připomíná, že věda není dílem osamělých géniů, ale kolektivním úsilím mnoha. Každý objev staví na nespočtu předchozích prací a úspěch kvantové mechaniky je výsledkem mezinárodní spolupráce, která překonává politické a kulturní bariéry.

Druhá kvantová revoluce

Pokud 20. století bylo svědkem zrodu a rozvoje kvantové mechaniky jako vědecké teorie, 21. století uvádí éru „druhé kvantové revoluce“.

Tehdy lidé začnou přímo využívat zvláštní vlastnosti kvantové mechaniky k vytváření zcela nových technologií.

Kvantové počítače patří mezi nejočekávanější technologie. Na rozdíl od tradičních počítačů, které používají bity, jež mohou být pouze ve stavu 0 nebo 1, kvantové počítače používají qubity, které mohou být v obou stavech současně díky principu „kvantové superpozice“.

To umožňuje kvantovým počítačům provádět mnoho výpočtů paralelně, což by potenciálně mohlo řešit problémy, jejichž výpočet by tradičním počítačům trval miliony let, a to za několik dní nebo dokonce hodin.

Kvantové počítače také slibují revoluci v mnoha oblastech. V medicíně dokáží přesně simulovat složité molekulární struktury, což pomáhá vyvíjet nové léky rychleji a efektivněji.

V materiálové vědě mohou kvantové počítače navrhovat nové materiály s jedinečnými vlastnostmi. Ve financích mohou optimalizovat portfolia a analyzovat rizika na nebývalé úrovni.

Japonsko je jednou z předních zemí ve výzkumu kvantových technologií (Foto: DigWatch).

Kvantové snímání je další slibnou oblastí použití. Díky kvantovým efektům jsou tyto senzory extrémně citlivé a schopné měřit i ty nejmenší změny magnetických polí, gravitace nebo času.

Mohou být použity v medicíně pro včasnou detekci nemocí, v geologii pro průzkum zdrojů nebo pro přesné určování polohy bez GPS.

Kvantová komunikace, zejména kvantová kryptografie, poskytuje absolutně bezpečný způsob přenosu informací. Na základě principů kvantové mechaniky jakýkoli pokus o odposlech změní kvantový stav a bude okamžitě detekován.

Několik zemí již začalo budovat kvantové komunikační sítě a v budoucnu by se kvantový internet mohl stát realitou.

Výzvy a příležitosti pro Vietnam

Vzhledem k tomu, že probíhá druhá kvantová revoluce, Vietnam potřebuje strategii, jak se vyhnout zaostávání. Investice do výzkumu a vzdělávání v oblasti kvantové vědy se staly naléhavými.

Potřebujeme vyškolit nové generace vědců a inženýrů, kteří rozumí kvantovým technologiím, a vybudovat odpovídající výzkumnou infrastrukturu.

Ve Vietnamu spolupracuje mnoho odborníků a vědců na výzkumu kvantové technologie (Foto: President Club).

Důležitá je také mezinárodní spolupráce. Jak ukázala historie, vědecké průlomy často pramení z přeshraniční spolupráce. Vietnam se musí aktivně účastnit mezinárodních výzkumných projektů v oblasti kvantových technologií a učit se ze zkušeností vyspělých zemí.

Zároveň musíme popularizovat znalosti kvantové mechaniky mezi veřejností. Mnoho lidí stále považuje tuto oblast za příliš složitou a vzdálenou, ale jak jsme viděli, ovlivňuje všechny aspekty moderního života.

Základní znalost kvantové mechaniky pomůže lidem ocenit důležitost nových technologií a činit informovaná rozhodnutí o budoucnosti.

Pohled do budoucnosti

Když se ohlédneme na fotografie průkopníků kvantové fyziky, vidíme nejen lidi, kteří změnili způsob, jakým lidstvo chápe vesmír, ale také ducha vědy – vášeň pro bádání, ochotu zpochybňovat staré myšlenky a spolupracovat napříč hranicemi.

Tento duch je stále nezbytný pro dosažení vrcholů vědy v 21. století.

Letošní rok není jen časem oslav 100 let kvantové mechaniky, ale také časem pohledu do budoucnosti.

S rozvojem kvantové technologie stojíme na prahu nebývalých nových možností. Kvantové počítače by mohly pomoci vyřešit největší výzvy lidstva – od klimatických změn až po vývoj léků k léčbě nevyléčitelných nemocí.

Kvantové snímání by mohlo otevřít nové způsoby, jak prozkoumávat vesmír a porozumět sami sobě. Kvantová komunikace by mohla vytvořit bezpečnější a soukromější propojený svět.

Kvantová mechanika ukázala, že realita je mnohem složitější a magičtější, než jsme si kdy představovali. Takže možná největším ponaučením ze 100 let kvantové mechaniky je: Vždy buďte připraveni nechat se překvapit, vždy buďte zvědaví a nikdy nepřestávejte objevovat.

Zdroj: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/100-nam-co-hoc-luong-tu-nhung-con-nguoi-thay-doi-the-gioi-20250626124351568.htm