۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند

(دن تری) - امسال صدمین سالگرد تولد مکانیک کوانتومی، از نظریه‌های پیشگامانه گرفته تا کاربردهای جهانی است. این فرصتی طلایی برای ویتنام است تا موج انقلاب فناوری کوانتومی را در دست بگیرد و آینده را شکل دهد.

در این عکس سیاه و سفید که در اوایل قرن بیستم گرفته شده است، ده‌ها دانشمند با کت و شلوارهای شیک در مقابل یک ساختمان گوتیک باستانی نشسته اند.

این یک جلسه معمولی نبود - این یکی از مهمترین کنفرانس‌های علمی در تاریخ بشر بود که بزرگترین ذهن‌های فیزیک قرن بیستم را گرد هم آورد.

در میان آن چهره‌های جدی، آلبرت انیشتین با موهای نقره‌ای خاص خود، ورنر هایزنبرگ، اروین شرودینگر، ماکس پلانک و بسیاری دیگر از دانشمندان حضور داشتند - که با هم یکی از انقلابی‌ترین نظریه‌های علمی را بنا نهادند: مکانیک کوانتومی.

کنفرانس سولوی در سال ۱۹۲۷، دانشمندان برجسته جهان در آن زمان را گرد هم آورد (عکس: ویکی).

امسال صدمین سالگرد تولد رسمی مکانیک کوانتومی است. سازمان ملل متحد سال ۲۰۲۵ را به عنوان سال بین‌المللی علم و فناوری کوانتومی تعیین کرده است تا یک قرن از این انقلاب علمی را جشن بگیرد و به بررسی پتانسیل‌های آن در قرن آینده ادامه دهد.

این همچنین فرصتی برای ماست تا نگاهی به سفر خارق‌العاده‌ی نظریه‌ای بیندازیم که شیوه‌ی درک مردم از جهان هستی را کاملاً تغییر داده و کاربردهایی در زندگی امروز ایجاد کرده است.

خاستگاه یک انقلاب

در تابستان ۱۹۲۵، ورنر هایزنبرگ، فیزیکدان جوان آلمانی، برای فرار از آلرژی شدید به گرده گیاهان که از آن رنج می‌برد، به جزیره هلیگولند در دریای شمال سفر کرد.

در این مکان دورافتاده بود که او به فکر نوشتن مقاله‌ای انقلابی افتاد «درباره‌ی تفسیر مجدد روابط سینماتیکی و مکانیکی بر اساس نظریه‌ی کوانتومی». با این حال، چیزی که او انتظار نداشت این بود که پس از انتشار، این مقاله دوران جدیدی را در فیزیک آغاز کند.

دانشمندان پیش از این متوجه شده بودند که فیزیک کلاسیک نیوتنی قادر به توضیح بسیاری از پدیده‌ها در سطح اتمی نیست.

فیزیکدان نابغه آلبرت انیشتین در توسعه فیزیک - مکانیک کوانتومی - نقش داشت (عکس: PBS).

ماکس پلانک کشف کرد که انرژی در «بسته‌های» گسسته‌ای به نام کوانتوم جذب و منتشر می‌شود. انیشتین از این ایده برای توضیح اثر فوتوالکتریک استفاده کرد. اما این هایزنبرگ و همکارانش بودند که یک سیستم نظری کامل از شاخه جدیدی از فیزیک - مکانیک کوانتومی - ساختند.

نکته‌ی خاص این است که مکانیک کوانتومی صرفاً یک نظریه‌ی جدید نیست که جایگزین نظریه‌ی قدیمی شود. این نظریه ما را ملزم می‌کند که تصورات شهودی خود از واقعیت را کنار بگذاریم.

در دنیای کوانتومی، ذرات می‌توانند همزمان در چندین حالت وجود داشته باشند (به نام برهم‌نهی کوانتومی)، می‌توانند حتی زمانی که میلیون‌ها مایل از هم فاصله دارند، فوراً بر یکدیگر تأثیر بگذارند (درهم‌تنیدگی کوانتومی)، و ما نمی‌توانیم همزمان موقعیت و تکانه یک ذره را بدانیم (طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ).

از تئوری تا کاربرد گسترده

بسیاری از مردم مکانیک کوانتومی را فقط فرمول‌های ریاضی پیچیده در آزمایشگاه می‌دانند. اما در واقع، این علم در هر گوشه‌ای از زندگی مدرن نفوذ کرده است.

بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی که ما هر روز استفاده می‌کنیم بر اساس اصول کوانتومی کار می‌کنند. گوشی هوشمند موجود در جیب شما حاوی میلیاردها ترانزیستور است - دستگاه‌هایی که بر اساس درک مکانیک کوانتومی نیمه‌هادی‌ها اختراع شده‌اند.

بدون مکانیک کوانتومی، ما نه کامپیوتری داشتیم، نه اینترنتی، نه جی‌پی‌اس... یا لیزر - یکی دیگر از اختراعات مهم مبتنی بر اصول کوانتومی - به طور گسترده از بارکدخوان‌ها در سوپرمارکت‌ها، دستگاه‌های پخش سی‌دی/دی‌وی‌دی گرفته تا جراحی‌های چشم و انتقال داده‌ها از طریق کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌شود...

دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) بر اساس اصل تشدید مغناطیسی هسته‌ای - یک پدیده کوانتومی - کار می‌کنند (عکس: ST).

پزشکی مدرن نیز از مکانیک کوانتومی بهره زیادی می‌برد. دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) بر اساس اصل تشدید مغناطیسی هسته‌ای - یک پدیده کوانتومی - کار می‌کنند.

درمان‌های سرطان با پرتودرمانی نیز مبتنی بر درک فیزیک کوانتومی هسته‌های اتمی هستند.

حتی چیزی به ظاهر دور از ذهن مانند کیهان‌شناسی نیز به مکانیک کوانتومی نیاز دارد. ما می‌دانیم که چرا ستارگان می‌درخشند، چگونه عناصر سنگین ایجاد می‌کنند و چگونه در نهایت می‌میرند - همه اینها به لطف مکانیک کوانتومی است.

این توضیح می‌دهد که چرا ماده جامد فرو نمی‌پاشد، چرا فلزات رسانای الکتریسیته هستند و پدیده‌های بی‌شمار دیگری در طبیعت.

«چهره‌های پنهان» تاریخ

وقتی به گذشته و چهره تاریخی فیزیکدانان کوانتومی نگاه می‌کنیم، اغلب فقط نام‌های مشهوری مانند انیشتین، هایزنبرگ یا شرودینگر را می‌شناسیم. اما داستان توسعه این حوزه شامل بسیاری از چهره‌های فراموش‌شده دیگر، به‌ویژه زنان، نیز می‌شود.

لوسی منسینگ یکی از این زنان بود. او در همان گروهی کار می‌کرد که هایزنبرگ کار می‌کرد و برخی از اولین کاربردهای نظریه مکانیک کوانتومی او را محاسبه کرد.

دانشمندان زن مهم دیگری نیز وجود دارند که در طول تاریخ آنطور که شایسته‌اش هستند مورد تقدیر قرار نگرفته‌اند. در سال ۲۰۲۵، کتابی زندگینامه‌ای درباره ۱۶ زن در تاریخ فیزیک کوانتومی منتشر خواهد شد که به روشن شدن این مشارکت‌های فراموش‌شده کمک خواهد کرد.

کامپیوتر کوانتومی توسط چین تحقیق و توسعه داده شده است (عکس: The Quantum Insider).

این به ما یادآوری می‌کند که علم کار نوابغ تنها نیست، بلکه حاصل تلاش‌های جمعی بسیاری است. هر کشفی بر پایه کارهای بی‌شماری که قبلاً انجام شده بنا شده است و موفقیت مکانیک کوانتومی نتیجه همکاری بین‌المللی است که موانع سیاسی و فرهنگی را درنوردیده است.

انقلاب کوانتومی دوم

اگر قرن بیستم شاهد تولد و توسعه مکانیک کوانتومی به عنوان یک نظریه علمی بود، قرن بیست و یکم در حال آغاز دوران «انقلاب کوانتومی دوم» است.

این زمانی است که انسان‌ها شروع به بهره‌برداری مستقیم از خواص عجیب مکانیک کوانتومی برای خلق فناوری‌های کاملاً جدید می‌کنند.

کامپیوترهای کوانتومی یکی از فناوری‌های مورد انتظار هستند. برخلاف کامپیوترهای سنتی که از بیت‌هایی استفاده می‌کنند که فقط می‌توانند در حالت ۰ یا ۱ باشند، کامپیوترهای کوانتومی از کیوبیت‌هایی استفاده می‌کنند که به لطف اصل «برهم‌نهی کوانتومی» می‌توانند همزمان در هر دو حالت باشند.

این به کامپیوترهای کوانتومی اجازه می‌دهد تا محاسبات زیادی را به صورت موازی انجام دهند و به طور بالقوه مسائلی را حل کنند که کامپیوترهای سنتی میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا آنها را در عرض چند روز یا حتی چند ساعت محاسبه کنند.

کامپیوترهای کوانتومی همچنین نویدبخش انقلابی در بسیاری از زمینه‌ها هستند. در پزشکی، آنها می‌توانند ساختارهای مولکولی پیچیده را به طور دقیق شبیه‌سازی کنند و به توسعه سریع‌تر و مؤثرتر داروهای جدید کمک کنند.

در علم مواد، کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند مواد جدیدی با خواص منحصر به فرد طراحی کنند. در امور مالی، می‌توانند پرتفوی‌ها را بهینه کرده و ریسک را در سطوح بی‌سابقه‌ای تجزیه و تحلیل کنند.

ژاپن یکی از کشورهای پیشرو در تحقیقات فناوری کوانتومی است (عکس: DigWatch).

حسگری کوانتومی یکی دیگر از حوزه‌های کاربردی امیدوارکننده است که با استفاده از اثرات کوانتومی، این حسگرها بسیار حساس هستند و قادر به اندازه‌گیری کوچکترین تغییرات در میدان‌های مغناطیسی، گرانش یا زمان می‌باشند.

آنها می‌توانند در پزشکی برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها، در زمین‌شناسی برای اکتشاف منابع یا برای موقعیت‌یابی دقیق بدون GPS مورد استفاده قرار گیرند.

ارتباطات کوانتومی، به ویژه رمزنگاری کوانتومی، روشی برای انتقال اطلاعات کاملاً امن ارائه می‌دهد. بر اساس اصول مکانیک کوانتومی، هرگونه تلاشی برای استراق سمع، حالت کوانتومی را تغییر داده و بلافاصله شناسایی می‌شود.

چندین کشور در حال حاضر ساخت شبکه‌های ارتباطی کوانتومی را آغاز کرده‌اند و در آینده، اینترنت کوانتومی می‌تواند به واقعیت تبدیل شود.

چالش‌ها و فرصت‌های ویتنام

همزمان با وقوع دومین انقلاب کوانتومی، ویتنام برای جلوگیری از عقب ماندن به یک استراتژی نیاز دارد. سرمایه‌گذاری در تحقیق و آموزش در زمینه علم کوانتومی به امری ضروری تبدیل شده است.

ما باید نسل‌های جدیدی از دانشمندان و مهندسان را که فناوری‌های کوانتومی را درک می‌کنند، آموزش دهیم و زیرساخت‌های تحقیقاتی مناسب را ایجاد کنیم.

در ویتنام، بسیاری از متخصصان و دانشمندان برای تحقیق در مورد فناوری کوانتومی با هم همکاری می‌کنند (عکس: باشگاه پرزیدنت).

همکاری بین‌المللی نیز مهم است. همانطور که تاریخ نشان داده است، پیشرفت‌های علمی اغلب از همکاری‌های فرامرزی حاصل می‌شوند. ویتنام باید به طور فعال در پروژه‌های تحقیقاتی بین‌المللی در مورد فناوری کوانتومی شرکت کند و از تجربیات کشورهای پیشرفته بیاموزد.

در عین حال، ما باید دانش مکانیک کوانتومی را نیز در بین عموم مردم رواج دهیم. بسیاری از مردم هنوز این حوزه را بسیار پیچیده و دور از دسترس می‌دانند، اما همانطور که دیده‌ایم، این حوزه بر هر جنبه‌ای از زندگی مدرن تأثیر می‌گذارد.

درک اولیه از مکانیک کوانتومی به مردم کمک می‌کند تا اهمیت فناوری‌های جدید را درک کنند و در مورد آینده تصمیمات آگاهانه‌ای بگیرند.

نگاه به آینده

وقتی به عکس‌های پیشگامان فیزیک کوانتومی نگاه می‌کنیم، نه تنها افرادی را می‌بینیم که شیوه درک بشریت از جهان را تغییر دادند، بلکه روح علم را نیز می‌بینیم - اشتیاقی برای تحقیق، تمایل به به چالش کشیدن ایده‌های قدیمی و همکاری فراتر از مرزها.

آن روحیه هنوز هم برای رسیدن به اوج علم در قرن بیست و یکم ضروری است.

امسال نه تنها زمانی برای جشن گرفتن صدمین سالگرد مکانیک کوانتومی است، بلکه زمانی برای نگاه به آینده نیز هست.

با توسعه فناوری کوانتومی، ما در آستانه امکانات جدید بی‌سابقه‌ای هستیم. رایانه‌های کوانتومی می‌توانند به حل بزرگترین چالش‌های بشریت - از تغییرات اقلیمی گرفته تا توسعه داروهایی برای درمان بیماری‌های لاعلاج - کمک کنند.

حسگرهای کوانتومی می‌توانند راه‌های جدیدی برای کاوش جهان و درک خودمان باز کنند. ارتباطات کوانتومی می‌توانند جهانی متصل، امن‌تر و خصوصی‌تر ایجاد کنند.

مکانیک کوانتومی نشان داده است که واقعیت بسیار پیچیده‌تر و جادویی‌تر از آن چیزی است که ما تصور می‌کردیم. بنابراین شاید بزرگترین درس از ۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی این باشد: همیشه آماده غافلگیر شدن باشید، همیشه کنجکاو باشید و هرگز از کاوش دست نکشید.

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