100 år med kvantemekanikk: Menneskene som forandret verden

(Dan Tri) – I år markeres 100-årsjubileet for kvantemekanikkens fødsel, fra banebrytende teorier til globale anvendelser. Dette er en gyllen mulighet for Vietnam til å gripe bølgen av kvanteteknologisk revolusjon og forme fremtiden.

På dette svart-hvitt-bildet tatt tidlig på 1900-tallet sitter dusinvis av forskere i elegante dresser foran en gammel gotisk bygning.

Dette var ikke noe vanlig møte – det var en av de viktigste vitenskapelige konferansene i menneskets historie, som samlet de største hjernene innen fysikk fra det 20. århundre.

Blant disse høytidelige ansiktene var Albert Einstein med sitt karakteristiske sølvhår, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Planck og mange andre vitenskapsmenn – som sammen bygde en av de mest revolusjonerende vitenskapelige teoriene: Kvantemekanikk.

Solvay-konferansen i 1927 samlet verdens ledende forskere på den tiden (Foto: Wiki).

I år er det 100 år siden kvantemekanikken offisielt ble født. FN har utpekt 2025 som det internasjonale året for kvantevitenskap og -teknologi for å feire et århundre med denne vitenskapelige revolusjonen og fortsette å utforske dens potensial i det neste århundret.

Dette er også en mulighet for oss til å se tilbake på den ekstraordinære reisen til en teori som fullstendig har forandret måten folk forstår universet på og skapt anvendelser i livet i dag.

Opprinnelsen til en revolusjon

Sommeren 1925 reiste Werner Heisenberg, en ung tysk fysiker, til Nordsjøøya Helgoland for å unnslippe et alvorlig tilfelle av pollenallergi han led av.

Det var på dette isolerte stedet han vurderte å skrive en revolusjonerende artikkel «om nytolkning av kinematiske og mekaniske relasjoner i form av kvanteteori». Det han imidlertid ikke forventet var at artikkelen, etter publiseringen, ville åpne en ny æra innen fysikk.

Forskere hadde allerede innsett at Newtons klassiske fysikk ikke kunne forklare mange fenomener på atomnivå.

Den geniale fysikeren Albert Einstein bidro til utviklingen av fysikk – kvantemekanikk (Foto: PBS).

Max Planck oppdaget at energi absorberes og sendes ut i diskrete «pakker» kalt kvanta. Einstein brukte denne ideen til å forklare den fotoelektriske effekten. Men det var Heisenberg og kollegene hans som bygde et komplett teoretisk system for en ny gren av fysikken – kvantemekanikk.

Det spesielle er at kvantemekanikk ikke bare er en ny teori som erstatter den gamle. Den krever at vi forlater våre intuitive forestillinger om virkeligheten.

I kvanteverdenen kan partikler eksistere i flere tilstander samtidig (kalt kvantesuperposisjon), kan påvirke hverandre umiddelbart selv når de er millioner av kilometer fra hverandre (kvanteforvikling), og vi kan ikke vite både posisjonen og momentumet til en partikkel samtidig (i henhold til Heisenbergs usikkerhetsprinsipp).

Fra teori til utbredt anvendelse

Mange tenker på kvantemekanikk som bare kompliserte matematiske formler i laboratoriet. Men faktisk har den trengt inn i alle hjørner av det moderne liv.

De fleste elektroniske enhetene vi bruker hver dag fungerer etter kvanteprinsipper. Smarttelefonen i lommen inneholder milliarder av transistorer – enheter oppfunnet basert på en forståelse av kvantemekanikken til halvledere.

Uten kvantemekanikk ville vi ikke hatt datamaskiner, internett, GPS ... Eller laser – en annen viktig oppfinnelse basert på kvanteprinsipper – er mye brukt fra strekkodelesere i supermarkeder, CD/DVD-lesere, til øyeoperasjoner og dataoverføring via fiberoptiske kabler ...

Magnetisk resonansavbildning (MR)-maskiner fungerer basert på prinsippet om kjernemagnetisk resonans – et kvantefenomen (Foto: ST).

Moderne medisin drar også stor nytte av kvantemekanikk. Magnetisk resonansavbildning (MR) fungerer etter prinsippet om kjernemagnetisk resonans – et kvantefenomen.

Strålebehandling av kreft er også basert på en forståelse av kvantefysikken til atomkjerner.

Selv noe så tilsynelatende usannsynlig som kosmologi krever kvantemekanikk. Vi forstår hvorfor stjerner skinner, hvordan de lager tunge elementer, og hvordan de til slutt dør – alt takket være kvantemekanikken.

Det forklarer hvorfor fast materiale ikke kollapser, hvorfor metaller leder elektrisitet og utallige andre fenomener i naturen.

Historiens «skjulte skikkelser»

Når vi ser tilbake på det historiske portrettet av kvantefysikere, kjenner vi ofte bare igjen kjente navn som Einstein, Heisenberg eller Schrödinger. Men historien om utviklingen av dette feltet inkluderer mange andre glemte skikkelser, spesielt kvinner.

Lucy Mensing var en slik kvinne. Hun jobbet i samme gruppe som Heisenberg og beregnet noen av de første anvendelsene av hans teori om kvantemekanikk.

Det finnes mange andre viktige kvinnelige forskere som ikke har fått den anerkjennelsen de fortjener i historien. I 2025 vil en biografisk bok om 16 kvinner i kvantefysikkens historie bli utgitt, som vil bidra til å belyse disse glemte bidragene.

Kvantedatamaskin forsket på og utviklet av Kina (Foto: The Quantum Insider).

Dette minner oss om at vitenskap ikke er verk av ensomme genier, men den kollektive innsatsen til mange. Hver oppdagelse bygger på utallige tidligere arbeider, og kvantemekanikkens suksess er et resultat av internasjonalt samarbeid som krysser politiske og kulturelle barrierer.

Den andre kvanterevolusjonen

Hvis det 20. århundre var vitne til fødselen og utviklingen av kvantemekanikk som en vitenskapelig teori, innleder det 21. århundre æraen med den «andre kvanterevolusjonen».

Det er da mennesker begynner å direkte utnytte kvantemekanikkens merkelige egenskaper for å skape helt nye teknologier.

Kvantedatamaskiner er en av de mest etterlengtede teknologiene. I motsetning til tradisjonelle datamaskiner som bruker bits som bare kan være i tilstanden 0 eller 1, bruker kvantedatamaskiner qubits som kan være i begge tilstandene samtidig takket være prinsippet om «kvantesuperposisjon».

Dette gjør at kvantedatamaskiner kan utføre mange beregninger parallelt, og potensielt løse problemer som ville tatt tradisjonelle datamaskiner millioner av år å beregne i dager eller til og med timer.

Kvantedatamaskiner lover også å revolusjonere mange felt. Innen medisin kan de simulere komplekse molekylstrukturer nøyaktig, noe som bidrar til å utvikle nye legemidler raskere og mer effektivt.

Innen materialvitenskap kan kvantedatamaskiner designe nye materialer med unike egenskaper. Innen finans kan de optimalisere porteføljer og analysere risiko på enestående nivåer.

Japan er et av de ledende landene innen kvanteteknologiforskning (Foto: DigWatch).

Kvantemåling er et annet lovende bruksområde. Ved bruk av kvanteeffekter er disse sensorene ekstremt følsomme og i stand til å måle de minste endringene i magnetfelt, tyngdekraft eller tid.

De kan brukes i medisin for tidlig oppdagelse av sykdommer, i geologi for ressursutforskning, eller for presis posisjonering uten GPS.

Kvantekommunikasjon, spesielt kvantekryptografi, gir en metode for overføring av informasjon som er helt sikker. Basert på prinsippene i kvantemekanikk vil ethvert forsøk på å avlytte endre kvantetilstanden og bli oppdaget umiddelbart.

Flere land har allerede begynt å bygge kvantekommunikasjonsnettverk, og i fremtiden kan kvanteinternett bli en realitet.

Utfordringer og muligheter for Vietnam

Nå som den andre kvanterevolusjonen er i gang, trenger Vietnam en strategi for å unngå å bli hengende etter. Det har blitt presserende å investere i forskning og utdanning innen kvantevitenskap.

Vi må utdanne nye generasjoner av forskere og ingeniører som forstår kvanteteknologier, og bygge passende forskningsinfrastruktur.

I Vietnam jobber mange eksperter og forskere sammen for å forske på kvanteteknologi (Foto: President Club).

Internasjonalt samarbeid er også viktig. Som historien har vist, kommer vitenskapelige gjennombrudd ofte fra samarbeid på tvers av landegrenser. Vietnam må aktivt delta i internasjonale forskningsprosjekter om kvanteteknologi og lære av erfaringene til avanserte land.

Samtidig må vi også popularisere kunnskap om kvantemekanikk til offentligheten. Mange anser fortsatt dette feltet som for komplekst og fjernt, men som vi har sett, påvirker det alle aspekter av det moderne liv.

En grunnleggende forståelse av kvantemekanikk vil hjelpe folk å forstå viktigheten av ny teknologi og ta informerte beslutninger om fremtiden.

Ser fremover

Når vi ser tilbake på fotografier av pionerene innen kvantefysikk, ser vi ikke bare mennesker som forandret måten menneskeheten forstår universet på, men også vitenskapens ånd – en lidenskap for utforskning, en vilje til å utfordre gamle ideer og til å samarbeide på tvers av grenser.

Den ånden er fortsatt avgjørende for å nå vitenskapens høyder i det 21. århundre.

I år er det ikke bare en tid for å feire 100 år med kvantemekanikk, men også en tid for å se fremover.

Med utviklingen av kvanteteknologi står vi på terskelen til enestående nye muligheter. Kvantedatamaskiner kan bidra til å løse menneskehetens største utfordringer – fra klimaendringer til utvikling av medisiner for å kurere uhelbredelige sykdommer.

Kvantemåling kan åpne opp nye måter å utforske universet og forstå oss selv på. Kvantekommunikasjon kan skape en sikrere og mer privat, tilkoblet verden.

Kvantemekanikk har vist at virkeligheten er mye mer kompleks og magisk enn vi noen gang forestilte oss. Så kanskje den største lærdommen fra 100 år med kvantemekanikk er: Vær alltid forberedt på å bli overrasket, vær alltid nysgjerrig, og slutt aldri å utforske.

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