100 Χρόνια Κβαντομηχανικής: Οι Άνθρωποι που Άλλαξαν τον Κόσμο

(Νταν Τρι) - Φέτος συμπληρώνονται 100 χρόνια από τη γέννηση της κβαντομηχανικής, από πρωτοποριακές θεωρίες έως παγκόσμιες εφαρμογές. Αυτή είναι μια χρυσή ευκαιρία για το Βιετνάμ να αδράξει το κύμα της επανάστασης της κβαντικής τεχνολογίας, διαμορφώνοντας το μέλλον.

Σε αυτή την ασπρόμαυρη φωτογραφία που τραβήχτηκε στις αρχές του 20ού αιώνα, δεκάδες επιστήμονες με κομψά κοστούμια κάθονται μπροστά σε ένα αρχαίο γοτθικό κτίριο.

Αυτή δεν ήταν μια συνηθισμένη συνάντηση - ήταν ένα από τα σημαντικότερα επιστημονικά συνέδρια στην ανθρώπινη ιστορία, που έφερε κοντά τα μεγαλύτερα μυαλά της φυσικής του 20ού αιώνα.

Ανάμεσα σε αυτά τα σοβαρά πρόσωπα ήταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν με τα χαρακτηριστικά ασημένια μαλλιά του, ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, ο Έρβιν Σρέντιγκερ, ο Μαξ Πλανκ και πολλοί άλλοι επιστήμονες - οι οποίοι μαζί έχτισαν μια από τις πιο επαναστατικές επιστημονικές θεωρίες: την Κβαντομηχανική.

Το Συνέδριο Solvay του 1927 συγκέντρωσε τους κορυφαίους επιστήμονες του κόσμου εκείνης της εποχής (Φωτογραφία: Wiki).

Φέτος συμπληρώνονται 100 χρόνια από την επίσημη γέννηση της Κβαντομηχανικής. Τα Ηνωμένα Έθνη έχουν ορίσει το 2025 ως το Διεθνές Έτος Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας, για να γιορτάσουν έναν αιώνα αυτής της επιστημονικής επανάστασης και να συνεχίσουν να διερευνούν τις δυνατότητές της τον επόμενο αιώνα.

Αυτή είναι επίσης μια ευκαιρία για εμάς να ανατρέξουμε στο εξαιρετικό ταξίδι μιας θεωρίας που έχει αλλάξει εντελώς τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι κατανοούν το σύμπαν και έχει δημιουργήσει εφαρμογές στη ζωή σήμερα.

Η προέλευση μιας επανάστασης

Το καλοκαίρι του 1925, ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, ένας νεαρός Γερμανός φυσικός, ταξίδεψε στο νησί Ελιγολάνδη της Βόρειας Θάλασσας για να ξεφύγει από μια σοβαρή περίπτωση αλλεργίας στη γύρη από την οποία έπασχε.

Σε αυτό το απομονωμένο μέρος σκέφτηκε να γράψει μια επαναστατική εργασία «σχετικά με την επανερμηνεία των κινηματικών και μηχανικών σχέσεων με όρους κβαντικής θεωρίας». Ωστόσο, αυτό που δεν περίμενε ήταν ότι, μετά τη δημοσίευσή της, η εργασία θα άνοιγε μια νέα εποχή στη φυσική.

Οι επιστήμονες είχαν ήδη συνειδητοποιήσει ότι η κλασική φυσική του Νεύτωνα δεν μπορούσε να εξηγήσει πολλά φαινόμενα σε ατομικό επίπεδο.

Ο ιδιοφυής φυσικός Άλμπερτ Αϊνστάιν συνέβαλε στην ανάπτυξη της φυσικής - κβαντομηχανικής (Φωτογραφία: PBS).

Ο Μαξ Πλανκ ανακάλυψε ότι η ενέργεια απορροφάται και εκπέμπεται σε διακριτά «πακέτα» που ονομάζονται κβάντα. Ο Αϊνστάιν χρησιμοποίησε αυτήν την ιδέα για να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Αλλά ο Χάιζενμπεργκ και οι συνάδελφοί του ήταν αυτοί που δημιούργησαν ένα πλήρες θεωρητικό σύστημα ενός νέου κλάδου της φυσικής - της κβαντομηχανικής.

Αυτό που είναι ξεχωριστό είναι ότι η κβαντομηχανική δεν είναι απλώς μια νέα θεωρία που αντικαθιστά την παλιά. Απαιτεί από εμάς να εγκαταλείψουμε τις διαισθητικές μας αντιλήψεις για την πραγματικότητα.

Στον κβαντικό κόσμο, τα σωματίδια μπορούν να υπάρχουν σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα (που ονομάζεται κβαντική υπέρθεση), μπορούν να επηρεάσουν το ένα το άλλο άμεσα ακόμη και όταν απέχουν εκατομμύρια μίλια μεταξύ τους (κβαντική διεμπλοκή) και δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ταυτόχρονα τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου (σύμφωνα με την Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg).

Από τη θεωρία στην ευρεία εφαρμογή

Πολλοί άνθρωποι θεωρούν την κβαντομηχανική απλώς περίπλοκους μαθηματικούς τύπους στο εργαστήριο. Αλλά στην πραγματικότητα, έχει διεισδύσει σε κάθε γωνιά της σύγχρονης ζωής.

Οι περισσότερες από τις ηλεκτρονικές συσκευές που χρησιμοποιούμε καθημερινά λειτουργούν με βάση τις κβαντικές αρχές. Το smartphone στην τσέπη σας περιέχει δισεκατομμύρια τρανζίστορ – συσκευές που εφευρέθηκαν με βάση την κατανόηση της κβαντομηχανικής των ημιαγωγών.

Χωρίς την κβαντομηχανική, δεν θα είχαμε υπολογιστές, ούτε Διαδίκτυο, ούτε GPS... Ή το λέιζερ - μια άλλη σημαντική εφεύρεση που βασίζεται στις κβαντικές αρχές - χρησιμοποιείται ευρέως από αναγνώστες γραμμωτού κώδικα σε σούπερ μάρκετ, αναγνώστες CD/DVD, έως οφθαλμολογικές χειρουργικές επεμβάσεις και μετάδοση δεδομένων μέσω καλωδίων οπτικών ινών...

Τα μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας (MRI) λειτουργούν με βάση την αρχή του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού - ένα κβαντικό φαινόμενο (Φωτογραφία: ST).

Η σύγχρονη ιατρική ωφελείται επίσης σε μεγάλο βαθμό από την κβαντομηχανική. Οι μηχανές μαγνητικής τομογραφίας (MRI) λειτουργούν με βάση την αρχή του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού - ενός κβαντικού φαινομένου.

Οι θεραπείες για τον καρκίνο με ακτινοβολία βασίζονται επίσης στην κατανόηση της κβαντικής φυσικής των ατομικών πυρήνων.

Ακόμα και κάτι τόσο φαινομενικά απίθανο όσο η κοσμολογία απαιτεί κβαντομηχανική. Καταλαβαίνουμε γιατί λάμπουν τα αστέρια, πώς δημιουργούν βαρέα στοιχεία και πώς τελικά πεθαίνουν — όλα χάρη στην κβαντομηχανική.

Εξηγεί γιατί η στερεά ύλη δεν καταρρέει, γιατί τα μέταλλα είναι αγωγοί του ηλεκτρισμού και αμέτρητα άλλα φαινόμενα στη φύση.

Οι «κρυφές φιγούρες» της ιστορίας

Όταν κοιτάμε πίσω στο ιστορικό πορτρέτο των κβαντικών φυσικών, συχνά αναγνωρίζουμε μόνο διάσημα ονόματα όπως ο Αϊνστάιν, ο Χάιζενμπεργκ ή ο Σρέντιγκερ. Αλλά η ιστορία της ανάπτυξης αυτού του τομέα περιλαμβάνει πολλές άλλες ξεχασμένες προσωπικότητες, ειδικά γυναίκες.

Η Λούσι Μένσινγκ ήταν μια τέτοια γυναίκα. Εργάστηκε στην ίδια ομάδα με τον Χάιζενμπεργκ και υπολόγισε μερικές από τις πρώτες εφαρμογές της θεωρίας του για την κβαντομηχανική.

Υπάρχουν πολλές άλλες σημαντικές γυναίκες επιστήμονες που δεν έχουν λάβει την αναγνώριση που τους αξίζει στην ιστορία. Το 2025, θα εκδοθεί ένα βιογραφικό βιβλίο για 16 γυναίκες στην ιστορία της κβαντικής φυσικής, το οποίο θα βοηθήσει να ρίξει φως σε αυτές τις ξεχασμένες συνεισφορές.

Κβαντικός υπολογιστής που ερευνήθηκε και αναπτύχθηκε από την Κίνα (Φωτογραφία: The Quantum Insider).

Αυτό μας υπενθυμίζει ότι η επιστήμη δεν είναι έργο μεμονωμένων ιδιοφυιών, αλλά συλλογικές προσπάθειες πολλών. Κάθε ανακάλυψη βασίζεται σε αμέτρητα προηγούμενα έργα και η επιτυχία της κβαντομηχανικής είναι αποτέλεσμα διεθνούς συνεργασίας που ξεπερνά τα πολιτικά και πολιτισμικά εμπόδια.

Η Δεύτερη Κβαντική Επανάσταση

Αν ο 20ός αιώνας γνώρισε τη γέννηση και την ανάπτυξη της κβαντομηχανικής ως επιστημονικής θεωρίας, ο 21ος αιώνας εγκαινιάζει την εποχή της «δεύτερης κβαντικής επανάστασης».

Τότε είναι που οι άνθρωποι αρχίζουν να εκμεταλλεύονται άμεσα τις παράξενες ιδιότητες της κβαντομηχανικής για να δημιουργήσουν εντελώς νέες τεχνολογίες.

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι μια από τις πιο αναμενόμενες τεχνολογίες. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς υπολογιστές που χρησιμοποιούν bits που μπορούν να βρίσκονται μόνο στην κατάσταση 0 ή 1, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubits που μπορούν να βρίσκονται και στις δύο καταστάσεις ταυτόχρονα χάρη στην αρχή της «κβαντικής υπέρθεσης».

Αυτό επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν πολλούς υπολογισμούς παράλληλα, ενδεχομένως λύνοντας προβλήματα που θα χρειάζονταν στους παραδοσιακούς υπολογιστές εκατομμύρια χρόνια για να υπολογιστούν σε ημέρες ή και ώρες.

Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται επίσης να φέρουν επανάσταση σε πολλούς τομείς. Στην ιατρική, μπορούν να προσομοιώσουν με ακρίβεια πολύπλοκες μοριακές δομές, συμβάλλοντας στην ταχύτερη και αποτελεσματικότερη ανάπτυξη νέων φαρμάκων.

Στην επιστήμη των υλικών, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να σχεδιάσουν νέα υλικά με μοναδικές ιδιότητες. Στα χρηματοοικονομικά, μπορούν να βελτιστοποιήσουν τα χαρτοφυλάκια και να αναλύσουν τον κίνδυνο σε πρωτοφανή επίπεδα.

Η Ιαπωνία είναι μια από τις κορυφαίες χώρες στην έρευνα κβαντικής τεχνολογίας (Φωτογραφία: DigWatch).

Η κβαντική ανίχνευση είναι ένας άλλος πολλά υποσχόμενος τομέας εφαρμογής, χρησιμοποιώντας κβαντικά φαινόμενα, αυτοί οι αισθητήρες είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι, ικανοί να μετρήσουν τις μικρότερες αλλαγές στα μαγνητικά πεδία, τη βαρύτητα ή τον χρόνο.

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην ιατρική για την έγκαιρη ανίχνευση ασθενειών, στη γεωλογία για την εξερεύνηση πόρων ή για ακριβή εντοπισμό θέσης χωρίς GPS.

Η κβαντική επικοινωνία, και ιδιαίτερα η κβαντική κρυπτογραφία, παρέχει μια μέθοδο μετάδοσης πληροφοριών που είναι απόλυτα ασφαλής. Με βάση τις αρχές της κβαντομηχανικής, οποιαδήποτε προσπάθεια υποκλοπής θα μεταβάλει την κβαντική κατάσταση και θα ανιχνευθεί αμέσως.

Αρκετές χώρες έχουν ήδη ξεκινήσει την κατασκευή κβαντικών δικτύων επικοινωνίας και στο μέλλον, το κβαντικό διαδίκτυο θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα.

Προκλήσεις και ευκαιρίες για το Βιετνάμ

Καθώς η δεύτερη κβαντική επανάσταση βρίσκεται σε εξέλιξη, το Βιετνάμ χρειάζεται μια στρατηγική για να μην μείνει πίσω. Η επένδυση στην έρευνα και την εκπαίδευση σχετικά με την κβαντική επιστήμη έχει καταστεί επείγουσα.

Πρέπει να εκπαιδεύσουμε νέες γενιές επιστημόνων και μηχανικών που κατανοούν τις κβαντικές τεχνολογίες και να δημιουργήσουμε την κατάλληλη ερευνητική υποδομή.

Στο Βιετνάμ, πολλοί ειδικοί και επιστήμονες συνεργάζονται για την έρευνα της κβαντικής τεχνολογίας (Φωτογραφία: President Club).

Η διεθνής συνεργασία είναι επίσης σημαντική. Όπως έχει δείξει η ιστορία, οι επιστημονικές ανακαλύψεις συχνά προέρχονται από διασυνοριακή συνεργασία. Το Βιετνάμ πρέπει να συμμετέχει ενεργά σε διεθνή ερευνητικά έργα σχετικά με την κβαντική τεχνολογία, μαθαίνοντας από τις εμπειρίες των προηγμένων χωρών.

Ταυτόχρονα, πρέπει επίσης να διαδώσουμε τη γνώση της κβαντομηχανικής στο κοινό. Πολλοί άνθρωποι εξακολουθούν να θεωρούν αυτόν τον τομέα πολύ περίπλοκο και μακρινό, αλλά όπως έχουμε δει, επηρεάζει κάθε πτυχή της σύγχρονης ζωής.

Μια βασική κατανόηση της κβαντομηχανικής θα βοηθήσει τους ανθρώπους να εκτιμήσουν τη σημασία των νέων τεχνολογιών και να λάβουν τεκμηριωμένες αποφάσεις για το μέλλον.

Κοιτάζοντας προς το μέλλον

Όταν κοιτάμε πίσω στις φωτογραφίες των πρωτοπόρων της κβαντικής φυσικής, βλέπουμε όχι μόνο ανθρώπους που άλλαξαν τον τρόπο με τον οποίο η ανθρωπότητα κατανοεί το σύμπαν, αλλά και το πνεύμα της επιστήμης - ένα πάθος για έρευνα, μια προθυμία να αμφισβητήσει παλιές ιδέες και να συνεργαστεί πέρα ​​από τα όρια.

Αυτό το πνεύμα εξακολουθεί να είναι απαραίτητο για την επίτευξη των υψηλών επιπέδων της επιστήμης στον 21ο αιώνα.

Φέτος δεν είναι μόνο μια ευκαιρία να γιορτάσουμε 100 χρόνια κβαντομηχανικής, αλλά και μια ευκαιρία να κοιτάξουμε μπροστά.

Με την ανάπτυξη της κβαντικής τεχνολογίας, βρισκόμαστε στο κατώφλι πρωτοφανών νέων δυνατοτήτων. Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση των μεγαλύτερων προκλήσεων της ανθρωπότητας - από την κλιματική αλλαγή έως την ανάπτυξη φαρμάκων για τη θεραπεία ανίατων ασθενειών.

Η κβαντική ανίχνευση θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για να εξερευνήσουμε το σύμπαν και να κατανοήσουμε τον εαυτό μας. Οι κβαντικές επικοινωνίες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν έναν πιο ασφαλή και ιδιωτικό συνδεδεμένο κόσμο.

Η κβαντομηχανική έχει δείξει ότι η πραγματικότητα είναι πολύ πιο περίπλοκη και μαγική από ό,τι φανταζόμασταν ποτέ. Ίσως λοιπόν το μεγαλύτερο μάθημα από 100 χρόνια κβαντομηχανικής είναι: Να είστε πάντα έτοιμοι να εκπλαγείτε, να είστε πάντα περίεργοι και να μην σταματάτε ποτέ να εξερευνάτε.

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