۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند

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 باستانی به سبک گوتیک 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 خاصش، ورنر هایزنبرگ، اروین شرودینگر، ماکس پلانک و بسیاری دیگر از دانشمندان بودند - کسانی که با هم یکی از انقلابی‌ترین نظریه‌های علمی را ساختند: مکانیک کوانتومی.

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - بخش ۱

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 به سفر خارق‌العاده‌ی نظریه‌ای که نحوه‌ی درک انسان از جهان را کاملاً تغییر داده و کاربردهایی در زندگی امروز ایجاد کرده است، نگاهی بیندازیم.

ریشه‌های 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 «در باب تفسیر مجدد روابط سینماتیکی و مکانیکی در نظریه کوانتومی» افتاد. با این حال، او نمی‌توانست پیش‌بینی کند که پس از انتشار، این مقاله آغازگر عصر جدیدی در فیزیک خواهد بود.

پیش از این، دانشمندان متوجه شده بودند که فیزیک کلاسیک نیوتنی نمی‌تواند بسیاری از پدیده‌ها را در سطح اتمی توضیح دهد.

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - بخش ۲

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

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

نکته‌ی خاص در مورد مکانیک کوانتومی این است که صرفاً یک نظریه‌ی جدید نیست که جایگزین نظریه‌ی قدیمی شده باشد. این نظریه ما را ملزم می‌کند که برداشت‌های شهودی خود از واقعیت را کنار بگذاریم.

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

از تئوری تا کاربرد گسترده

بسیاری از مردم مکانیک کوانتومی را فقط فرمول‌های پیچیده ریاضی در آزمایشگاه می‌دانند. اما در واقعیت، این علم در تمام جنبه‌های زندگی مدرن نفوذ کرده است.

بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی که روزانه از آنها استفاده می‌کنیم بر اساس اصول کوانتومی کار می‌کنند. تلفن هوشمند موجود در جیب شما حاوی میلیاردها ترانزیستور است - دستگاه‌هایی که بر اساس درک مکانیک کوانتومی نیمه‌هادی‌ها اختراع شده‌اند.

بدون مکانیک کوانتومی، ما کامپیوتر، اینترنت، GPS... یا لیزر - یکی دیگر از اختراعات مهم مبتنی بر اصول کوانتومی - که به طور گسترده از بارکدخوان‌ها در سوپرمارکت‌ها، پخش‌کننده‌های CD/DVD گرفته تا جراحی چشم و انتقال داده از طریق کابل‌های فیبر نوری استفاده می‌شود، نداشتیم...

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - بخش ۳

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 برده است. دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) بر اساس اصل تشدید مغناطیسی هسته‌ای - یک پدیده کوانتومی - کار می‌کنند.

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

حتی حوزه‌های به ظاهر انتزاعی مانند کیهان‌شناسی نیز به مکانیک کوانتومی متکی هستند. 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 متلاشی نمی‌شود، چرا فلزات رسانای الکتریسیته هستند و پدیده‌های طبیعی بی‌شماری دیگر.

«چهره‌های پنهان» تاریخ

وقتی به چهره‌های 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.

علاوه بر این، دانشمندان زن بسیار دیگری نیز وجود دارند که سهم قابل توجهی داشته‌اند اما در تاریخ آنطور که شایسته است مورد تقدیر قرار نگرفته‌اند. در سال ۲۰۲۵، کتابی زندگینامه‌ای درباره ۱۶ دانشمند زن در تاریخ فیزیک کوانتومی منتشر خواهد شد که به روشن شدن این سهم‌های فراموش‌شده کمک می‌کند.

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - بخش ۴

کامپیوترهای کوانتومی که توسط چین تحقیق و توسعه داده شده‌اند (عکس: The Quantum Insider).

این به ما یادآوری می‌کند که علم کار نوابغ منفرد نیست، بلکه تلاش جمعی بسیاری از افراد است. هر کشفی بر پایه تحقیقات بی‌شماری که قبلاً انجام شده بنا شده است و موفقیت مکانیک کوانتومی نتیجه همکاری بین‌المللی است که از همه موانع سیاسی و فرهنگی فراتر می‌رود.

دومین انقلاب کوانتومی

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 بود که انسان‌ها شروع به بهره‌برداری مستقیم از خواص عجیب مکانیک کوانتومی برای خلق فناوری‌های کاملاً جدید کردند.

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 که کامپیوترهای سنتی میلیون‌ها سال برای حل آنها زمان نیاز دارند، در عرض چند روز یا حتی چند ساعت حل کنند.

کامپیوترهای کوانتومی همچنین نویدبخش انقلابی در بسیاری از زمینه‌ها هستند. در پزشکی، آنها می‌توانند ساختارهای مولکولی پیچیده را به طور دقیق مدل‌سازی 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 سبدهای سرمایه‌گذاری را بهینه کرده و ریسک را در سطح بی‌سابقه‌ای تجزیه و تحلیل کنند.

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - ۵

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

حسگرهای کوانتومی یکی دیگر از حوزه‌های کاربردی امیدوارکننده هستند؛ این حسگرها با استفاده از اثرات کوانتومی، بسیار حساس هستند و می‌توانند حتی کوچکترین تغییرات در میدان‌های مغناطیسی، گرانش یا زمان را اندازه‌گیری کنند.

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

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

چندین کشور شروع به ساخت شبکه‌های ارتباطی کوانتومی کرده‌اند و در آینده، اینترنت کوانتومی می‌تواند به واقعیت تبدیل شود.

چالش‌ها و فرصت‌های ویتنام

در زمینه انقلاب کوانتومی دوم که در حال وقوع است، ویتنام به راهبردی برای جلوگیری از عقب ماندن نیاز دارد. سرمایه‌گذاری در تحقیق و آموزش در علوم کوانتومی ضروری شده است.

ما باید نسل‌های جدیدی از دانشمندان و مهندسان آگاه به فناوری کوانتومی را آموزش دهیم و زیرساخت‌های تحقیقاتی مناسب را ایجاد کنیم.

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - ۶

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

همکاری بین‌المللی نیز بسیار مهم است. همانطور که تاریخ نشان داده است، پیشرفت‌های علمی اغلب از همکاری‌های فرامرزی حاصل می‌شود. 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 مربوط به مکانیک کوانتومی را نیز در اختیار عموم قرار دهیم. بسیاری از مردم هنوز آن را حوزه‌ای بسیار پیچیده و دور از دسترس می‌دانند، اما همانطور که دیده‌ایم، این حوزه بر تمام جنبه‌های زندگی مدرن تأثیر می‌گذارد.

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

نگاه به آینده

با نگاهی به عکس‌های پیشگامان فیزیک کوانتومی، نه تنها افرادی را می‌بینیم که نحوه درک بشریت از جهان را تغییر دادند، بلکه روح علم را نیز می‌بینیم - اشتیاقی برای کشف، تمایل به به چالش کشیدن مفاهیم قدیمی و همکاری که از مرزها فراتر می‌رود.

۱۰۰ سال مکانیک کوانتومی: افرادی که جهان را تغییر دادند - ۷

آن روحیه برای رسیدن به اوج علم در قرن بیست و یکم همچنان 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 و بی‌سابقه‌ای هستیم. رایانه‌های کوانتومی می‌توانند به حل بزرگترین چالش‌های بشریت - از تغییرات اقلیمی گرفته تا توسعه درمان بیماری‌های لاعلاج - کمک کنند.

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

مکانیک کوانتومی نشان داده است که واقعیت بسیار پیچیده‌تر و شگفت‌انگیزتر 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