100 שנים של מכניקת קוונטים: האנשים ששינו את העולם

(דן טרי) - השנה מציינת 100 שנה להולדת מכניקת הקוונטים, החל מתאוריות פורצות דרך ועד ליישומים גלובליים. זוהי הזדמנות פז עבור וייטנאם לנצל את גל מהפכת טכנולוגיית הקוונטים ולעצב את העתיד.

בתמונה שחור-לבן זו שצולמה בתחילת המאה ה-20, עשרות מדענים בחליפות אלגנטיות יושבים מול בניין גותי עתיק.

זו לא הייתה פגישה רגילה - זו הייתה אחת הכנסים המדעיים החשובים ביותר בהיסטוריה האנושית, שאיחדה את גדולי המוחות של הפיזיקה של המאה ה-20.

בין אותם פרצופים רציניים היו אלברט איינשטיין עם שיערו הכסוף האופייני, ורנר הייזנברג, ארווין שרדינגר, מקס פלאנק ומדענים רבים אחרים - שבנו יחד אחת התיאוריות המדעיות המהפכניות ביותר: מכניקת הקוונטים.

ועידת סולבי בשנת 1927 קיבצה את המדענים המובילים בעולם באותה תקופה (צילום: ויקי).

השנה מציינת 100 שנה להולדתה הרשמית של מכניקת הקוונטים. האומות המאוחדות הכריזו על שנת 2025 כשנת המדע והטכנולוגיה הקוונטית הבינלאומית, כדי לחגוג מאה שנה של מהפכה מדעית זו ולהמשיך לחקור את הפוטנציאל שלה במאה הבאה.

זוהי גם הזדמנות עבורנו להביט לאחור על המסע יוצא הדופן של תיאוריה ששינתה לחלוטין את האופן שבו אנשים מבינים את היקום ויצרה יישומים בחיים של ימינו.

מקורה של מהפכה

בקיץ 1925, ורנר הייזנברג, פיזיקאי גרמני צעיר, נסע לאי הלגולנד בים הצפוני כדי להימלט ממקרה חמור של אלרגיה לאבקנים ממנה סבל.

במקום מבודד זה הוא שקל לכתוב מאמר מהפכני "על פרשנות מחודשת של יחסים קינמטיים ומכניים במונחים של תורת הקוונטים". עם זאת, מה שלא ציפה היה שלאחר פרסומו, המאמר יפתח עידן חדש בפיזיקה.

מדענים כבר הבינו שהפיזיקה הקלאסית של ניוטון לא יכלה להסביר תופעות רבות ברמה האטומית.

הפיזיקאי הגאון אלברט איינשטיין תרם לפיתוח הפיזיקה - מכניקת הקוונטים (צילום: PBS).

מקס פלאנק גילה שאנרגיה נספגת ונפלטת ב"מנות" נפרדות הנקראות קוונטים. איינשטיין השתמש ברעיון זה כדי להסביר את האפקט הפוטואלקטרי. אבל היו אלה הייזנברג ועמיתיו שבנו מערכת תיאורטית שלמה של ענף חדש בפיזיקה - מכניקת הקוונטים.

המיוחד הוא שמכניקת הקוונטים אינה רק תיאוריה חדשה שמחליפה את הישנה. היא דורשת מאיתנו לנטוש את התפיסות האינטואיטיביות שלנו לגבי המציאות.

בעולם הקוונטי, חלקיקים יכולים להתקיים במספר מצבים בו זמנית (הנקרא סופרפוזיציה קוונטית), יכולים להשפיע זה על זה באופן מיידי אפילו כאשר הם במרחק מיליוני קילומטרים זה מזה (שזירה קוונטית), ואנחנו לא יכולים לדעת גם את המיקום וגם את התנע של חלקיק בו זמנית (על פי עקרון אי הוודאות של הייזנברג).

מתיאוריה ליישום נרחב

אנשים רבים חושבים על מכניקת הקוונטים כעל נוסחאות מתמטיות מסובכות במעבדה. אך למעשה, היא חדרה לכל פינה בחיים המודרניים.

רוב המכשירים האלקטרוניים שאנו משתמשים בהם מדי יום פועלים על פי עקרונות קוונטיים. הסמארטפון שבכיס מכיל מיליארדי טרנזיסטורים - מכשירים שהומצאו על סמך הבנה של מכניקת הקוונטים של מוליכים למחצה.

בלי מכניקת הקוונטים, לא היו לנו מחשבים, לא אינטרנט, לא GPS... או לייזר - המצאה חשובה נוספת המבוססת על עקרונות קוונטיים - נמצאת בשימוש נרחב מקוראי ברקודים בסופרמרקטים, קוראי תקליטורים/DVD, ועד ניתוחי עיניים והעברת נתונים באמצעות כבלי סיבים אופטיים...

מכונות דימות תהודה מגנטית (MRI) פועלות על סמך עקרון התהודה המגנטית הגרעינית - תופעה קוונטית (צילום: ST).

גם הרפואה המודרנית נהנית רבות ממכניקת הקוונטים. מכשירי דימות תהודה מגנטית (MRI) פועלים על פי עקרון התהודה המגנטית הגרעינית - תופעה קוונטית.

טיפולי סרטן באמצעות קרינה מבוססים גם על הבנה של הפיזיקה הקוונטית של גרעיני אטום.

אפילו משהו שנראה מופרך כמו קוסמולוגיה דורש מכניקת קוונטים. אנו מבינים מדוע כוכבים זורחים, כיצד הם יוצרים יסודות כבדים, וכיצד הם בסופו של דבר מתים - הכל בזכות מכניקת הקוונטים.

זה מסביר מדוע חומר מוצק אינו קורס, מדוע מתכות מוליכות חשמל, ועוד אינספור תופעות אחרות בטבע.

"הדמויות הנסתרות" של ההיסטוריה

כשאנו מביטים לאחור על הדיוקן ההיסטורי של פיזיקאים קוונטיים, לעתים קרובות אנו מזהים רק שמות מפורסמים כמו איינשטיין, הייזנברג או שרדינגר. אבל סיפור התפתחותו של תחום זה כולל דמויות נשכחות רבות אחרות, במיוחד נשים.

לוסי מנסינג הייתה אחת מהנשים הללו. היא עבדה באותה קבוצה כמו הייזנברג וחישבה כמה מהיישומים הראשונים של תורתו על מכניקת הקוונטים.

ישנן מדעניות חשובות רבות אחרות שלא זכו להכרה הראויה להן בהיסטוריה. בשנת 2025 יפורסם ספר ביוגרפי על 16 נשים בהיסטוריה של פיזיקת הקוונטים, שיסייע לשפוך אור על תרומות נשכחות אלה.

מחשב קוונטי שנחקר ופותח על ידי סין (צילום: The Quantum Insider).

זה מזכיר לנו שהמדע אינו פרי עבודתם של גאונים בודדים, אלא מאמצים קולקטיביים של רבים. כל תגלית מתבססת על אינספור עבודות קודמות, והצלחת מכניקת הקוונטים היא תוצאה של שיתוף פעולה בינלאומי שחוצה מחסומים פוליטיים ותרבותיים.

המהפכה הקוונטית השנייה

אם המאה ה-20 הייתה עדה להולדתה והתפתחותה של מכניקת הקוונטים כתיאוריה מדעית, המאה ה-21 מבשרת את עידן "המהפכה הקוונטית השנייה".

זה הזמן שבו בני אדם מתחילים לנצל ישירות את התכונות המוזרות של מכניקת הקוונטים כדי ליצור טכנולוגיות חדשות לחלוטין.

מחשבים קוונטיים הם אחת הטכנולוגיות המצופות ביותר. בניגוד למחשבים מסורתיים המשתמשים בביטים שיכולים להיות רק במצב של 0 או 1, מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים שיכולים להיות בשני המצבים בו זמנית הודות לעקרון ה"סופרפוזיציה הקוונטית".

זה מאפשר למחשבים קוונטיים לבצע חישובים רבים במקביל, ובכך לפתור בעיות שהיו לוקחות למחשבים מסורתיים מיליוני שנים לחשב אותן בימים או אפילו שעות.

מחשבים קוונטיים גם מבטיחים לחולל מהפכה בתחומים רבים. ברפואה, הם יכולים לדמות במדויק מבנים מולקולריים מורכבים, ולסייע בפיתוח תרופות חדשות במהירות וביעילות רבה יותר.

במדעי החומרים, מחשבים קוונטיים יכולים לתכנן חומרים חדשים בעלי תכונות ייחודיות. במימון, הם יכולים לייעל תיקי השקעות ולנתח סיכונים ברמות חסרות תקדים.

יפן היא אחת המדינות המובילות במחקר טכנולוגיית קוונטים (צילום: DigWatch).

חישה קוונטית היא תחום יישום מבטיח נוסף, המשתמש באפקטים קוונטיים, חיישנים אלה רגישים ביותר, ומסוגלים למדוד את השינויים הקטנים ביותר בשדות מגנטיים, בכוח הכבידה או בזמן.

ניתן להשתמש בהם ברפואה לגילוי מוקדם של מחלות, בגיאולוגיה לחיפוש משאבים, או למיקום מדויק ללא GPS.

תקשורת קוונטית, ובמיוחד קריפטוגרפיה קוונטית, מספקת שיטה להעברת מידע מאובטחת לחלוטין. בהתבסס על עקרונות מכניקת הקוונטים, כל ניסיון האזנה ישנה את המצב הקוונטי ויתגלה באופן מיידי.

מספר מדינות כבר החלו לבנות רשתות תקשורת קוונטיות, ובעתיד האינטרנט הקוונטי עשוי להפוך למציאות.

אתגרים והזדמנויות עבור וייטנאם

עם תחילתה של מהפכת הקוונטים השנייה, וייטנאם זקוקה לאסטרטגיה כדי להימנע מלהישאר מאחור. השקעה במחקר וחינוך בתחום מדעי הקוונטים הפכה דחופה.

עלינו להכשיר דורות חדשים של מדענים ומהנדסים שמבינים טכנולוגיות קוונטיות, ולבנות את תשתית המחקר המתאימה.

בווייטנאם, מומחים ומדענים רבים עובדים יחד כדי לחקור טכנולוגיית קוונטים (צילום: President Club).

שיתוף פעולה בינלאומי הוא גם חשוב. כפי שההיסטוריה הראתה, פריצות דרך מדעיות נובעות לעתים קרובות משיתוף פעולה חוצה גבולות. וייטנאם צריכה להשתתף באופן פעיל בפרויקטים מחקריים בינלאומיים בנושא טכנולוגיית קוונטים, תוך למידה מניסיונן של מדינות מתקדמות.

במקביל, עלינו גם להפיץ את הידע של מכניקת הקוונטים לציבור. אנשים רבים עדיין רואים תחום זה מורכב ומרוחק מדי, אך כפי שראינו, הוא משפיע על כל היבט של החיים המודרניים.

הבנה בסיסית של מכניקת הקוונטים תעזור לאנשים להעריך את חשיבותן של טכנולוגיות חדשות ולקבל החלטות מושכלות לגבי העתיד.

מבט לעתיד

כשאנו מביטים לאחור בתמונות של חלוצי פיזיקת הקוונטים, אנו רואים לא רק אנשים ששינו את האופן שבו האנושות מבינה את היקום, אלא גם את רוח המדע - תשוקה לחקירה, נכונות לאתגר רעיונות ישנים ולשתף פעולה מעבר לגבולות.

רוח זו עדיין חיונית להגעה לפסגות המדע במאה ה-21.

השנה היא לא רק זמן לחגוג 100 שנים של מכניקת הקוונטים, אלא גם זמן להביט קדימה.

עם התפתחות הטכנולוגיה הקוונטית, אנו עומדים על סף אפשרויות חדשות חסרות תקדים. מחשבים קוונטיים יכולים לסייע בפתרון האתגרים הגדולים ביותר של האנושות - החל משינויי אקלים ועד פיתוח תרופות לריפוי מחלות חשוכות מרפא.

חישה קוונטית יכולה לפתוח דרכים חדשות לחקור את היקום ולהבין את עצמנו. תקשורת קוונטית יכולה ליצור עולם מחובר מאובטח ופרטי יותר.

מכניקת הקוונטים הראתה שהמציאות מורכבת וקסומה הרבה יותר ממה שאי פעם דמיינו. אז אולי הלקח הגדול ביותר מ-100 שנות מכניקת הקוונטים הוא: תמיד היו מוכנים להיות מופתעים, תמיד היו סקרנים, ולעולם לא תפסיקו לחקור.

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