100 lat mechaniki kwantowej: ludzie, którzy zmienili świat

(Dan Tri) – W tym roku przypada setna rocznica narodzin mechaniki kwantowej, od przełomowych teorii po globalne zastosowania. To doskonała okazja dla Wietnamu, by wykorzystać falę rewolucji w technologii kwantowej i kształtować przyszłość.

Na tym czarno-białym zdjęciu zrobionym na początku XX wieku dziesiątki naukowców w eleganckich garniturach siedzi przed zabytkową gotycką budowlą.

Nie było to zwykłe spotkanie – była to jedna z najważniejszych konferencji naukowych w historii ludzkości, gromadząca najwybitniejsze umysły fizyki XX wieku.

Wśród tych poważnych twarzy byli Albert Einstein ze swoimi charakterystycznymi srebrnymi włosami, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Planck i wielu innych naukowców, którzy wspólnie stworzyli jedną z najbardziej rewolucyjnych teorii naukowych: mechanikę kwantową.

Konferencja Solvaya w 1927 r. zgromadziła najwybitniejszych ówczesnych naukowców na świecie (zdjęcie: Wiki).

W tym roku mija 100 lat od oficjalnego powstania mechaniki kwantowej. Organizacja Narodów Zjednoczonych ogłosiła rok 2025 Międzynarodowym Rokiem Nauki i Technologii Kwantowej, aby uczcić stulecie tej rewolucji naukowej i kontynuować eksplorację jej potencjału w kolejnym stuleciu.

Jest to również okazja dla nas, by spojrzeć wstecz na niezwykłą drogę teorii, która całkowicie zmieniła sposób, w jaki ludzie rozumieją wszechświat, i znalazła zastosowanie w dzisiejszym życiu.

Geneza rewolucji

Latem 1925 roku młody niemiecki fizyk Werner Heisenberg udał się na wyspę Helgoland na Morzu Północnym, aby uciec od ciężkiej alergii na pyłki, na którą cierpiał.

To właśnie w tym odosobnionym miejscu rozważał napisanie rewolucyjnego artykułu „o reinterpretacji relacji kinematycznych i mechanicznych w kategoriach teorii kwantowej”. Nie spodziewał się jednak, że po opublikowaniu artykuł ten zapoczątkuje nową erę w fizyce.

Naukowcy już wcześniej zdali sobie sprawę, że klasyczna fizyka Newtona nie potrafi wyjaśnić wielu zjawisk na poziomie atomowym.

Genialny fizyk Albert Einstein przyczynił się do rozwoju fizyki – mechaniki kwantowej (zdjęcie: PBS).

Max Planck odkrył, że energia jest absorbowana i emitowana w dyskretnych „pakietach” zwanych kwantami. Einstein wykorzystał tę ideę do wyjaśnienia efektu fotoelektrycznego. Jednak to Heisenberg i jego współpracownicy zbudowali kompletny system teoretyczny nowej gałęzi fizyki – mechaniki kwantowej.

Co jest szczególne, to fakt, że mechanika kwantowa nie jest po prostu nową teorią, która zastępuje starą. Wymaga od nas porzucenia naszych intuicyjnych pojęć rzeczywistości.

W świecie kwantowym cząstki mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie (tzw. superpozycja kwantowa), mogą na siebie oddziaływać natychmiast, nawet jeśli znajdują się w odległości milionów mil (splątanie kwantowe) i nie możemy jednocześnie znać położenia i pędu cząstki (zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga).

Od teorii do powszechnego zastosowania

Wielu ludzi uważa mechanikę kwantową za skomplikowane wzory matematyczne stosowane w laboratorium. W rzeczywistości jednak przeniknęła ona każdy zakątek współczesnego życia.

Większość urządzeń elektronicznych, z których korzystamy na co dzień, działa w oparciu o zasady kwantowe. Smartfon w twojej kieszeni zawiera miliardy tranzystorów – urządzeń wynalezionych w oparciu o zrozumienie mechaniki kwantowej półprzewodników.

Bez mechaniki kwantowej nie mielibyśmy komputerów, Internetu, GPS-ów... Ani lasera - kolejnego ważnego wynalazku opartego na zasadach kwantowych - który jest szeroko stosowany w czytnikach kodów kreskowych w supermarketach, czytnikach płyt CD/DVD, operacjach okulistycznych i transmisji danych za pomocą światłowodów...

Aparaty do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) działają w oparciu o zasadę jądrowego rezonansu magnetycznego – zjawisko kwantowe (zdjęcie: ST).

Współczesna medycyna również czerpie ogromne korzyści z mechaniki kwantowej. Aparaty do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) działają w oparciu o zasadę jądrowego rezonansu magnetycznego – zjawiska kwantowego.

Leczenie raka za pomocą radioterapii opiera się również na zrozumieniu fizyki kwantowej jąder atomowych.

Nawet coś tak pozornie nieprawdopodobnego jak kosmologia wymaga mechaniki kwantowej. Rozumiemy, dlaczego gwiazdy świecą, jak tworzą ciężkie pierwiastki i jak ostatecznie umierają – wszystko dzięki mechanice kwantowej.

Wyjaśnia, dlaczego ciała stałe nie ulegają zapadaniu się, dlaczego metale przewodzą prąd elektryczny i wiele innych zjawisk zachodzących w naturze.

„Ukryte postacie” historii

Kiedy spoglądamy wstecz na historyczny portret fizyków kwantowych, często rozpoznajemy jedynie sławne nazwiska, takie jak Einstein, Heisenberg czy Schrödinger. Jednak historia rozwoju tej dziedziny obejmuje wiele innych zapomnianych postaci, zwłaszcza kobiet.

Lucy Mensing była jedną z takich kobiet. Pracowała w tej samej grupie co Heisenberg i obliczyła niektóre z pierwszych zastosowań jego teorii mechaniki kwantowej.

Wiele innych ważnych kobiet-naukowczyń nie doczekało się należnego im uznania w historii. W 2025 roku ukaże się książka biograficzna o 16 kobietach w historii fizyki kwantowej, która pomoże rzucić światło na te zapomniane dokonania.

Komputer kwantowy zbadany i opracowany w Chinach (zdjęcie: The Quantum Insider).

To przypomina nam, że nauka nie jest dziełem samotnych geniuszy, lecz zbiorowym wysiłkiem wielu osób. Każde odkrycie opiera się na niezliczonych wcześniejszych pracach, a sukces mechaniki kwantowej jest wynikiem międzynarodowej współpracy, która przekracza bariery polityczne i kulturowe.

Druga rewolucja kwantowa

Jeśli w XX wieku narodziła się i rozwinęła mechanika kwantowa jako teoria naukowa, to w XXI wieku wkraczamy w erę „drugiej rewolucji kwantowej”.

To właśnie wtedy ludzie zaczynają bezpośrednio wykorzystywać dziwne właściwości mechaniki kwantowej do tworzenia zupełnie nowych technologii.

Komputery kwantowe to jedna z najbardziej oczekiwanych technologii. W przeciwieństwie do tradycyjnych komputerów, które wykorzystują bity, które mogą znajdować się tylko w stanie 0 lub 1, komputery kwantowe wykorzystują kubity, które mogą znajdować się w obu stanach jednocześnie dzięki zasadzie „superpozycji kwantowej”.

Dzięki temu komputery kwantowe mogą wykonywać wiele obliczeń równolegle, potencjalnie rozwiązując problemy, których rozwiązanie tradycyjnym komputerom zajęłoby miliony lat, a nawet dni lub godziny.

Komputery kwantowe obiecują również rewolucję w wielu dziedzinach. W medycynie mogą precyzyjnie symulować złożone struktury molekularne, pomagając w szybszym i skuteczniejszym opracowywaniu nowych leków.

W materiałoznawstwie komputery kwantowe mogą projektować nowe materiały o unikalnych właściwościach. W finansach mogą optymalizować portfele i analizować ryzyko na niespotykanym dotąd poziomie.

Japonia jest jednym z wiodących krajów w dziedzinie badań nad technologią kwantową (zdjęcie: DigWatch).

Kolejnym obiecującym obszarem zastosowań jest czujnik kwantowy. Wykorzystując zjawiska kwantowe, czujniki te są niezwykle czułe i potrafią mierzyć najmniejsze zmiany w polu magnetycznym, grawitacji lub czasie.

Można je stosować w medycynie do wczesnego wykrywania chorób, w geologii przy poszukiwaniu zasobów lub do precyzyjnego pozycjonowania bez użycia GPS.

Komunikacja kwantowa, a zwłaszcza kryptografia kwantowa, zapewnia całkowicie bezpieczną metodę przesyłania informacji. Opierając się na zasadach mechaniki kwantowej, każda próba podsłuchu zmieni stan kwantowy i zostanie natychmiast wykryta.

Kilka krajów już rozpoczęło budowę sieci komunikacji kwantowej, a w przyszłości kwantowy internet może stać się rzeczywistością.

Wyzwania i szanse dla Wietnamu

W obliczu drugiej rewolucji kwantowej Wietnam potrzebuje strategii, aby nie zostać w tyle. Inwestowanie w badania i edukację w dziedzinie nauk kwantowych stało się pilną potrzebą.

Musimy wykształcić nowe pokolenia naukowców i inżynierów, którzy będą rozumieć technologie kwantowe i zbudować odpowiednią infrastrukturę badawczą.

W Wietnamie wielu ekspertów i naukowców współpracuje przy badaniach nad technologią kwantową (zdjęcie: President Club).

Współpraca międzynarodowa jest również ważna. Jak pokazuje historia, przełomy naukowe często wynikają ze współpracy transgranicznej. Wietnam musi aktywnie uczestniczyć w międzynarodowych projektach badawczych nad technologią kwantową, czerpiąc z doświadczeń krajów rozwiniętych.

Jednocześnie musimy popularyzować wiedzę o mechanice kwantowej wśród społeczeństwa. Wiele osób wciąż uważa tę dziedzinę za zbyt skomplikowaną i odległą, ale jak widzieliśmy, wpływa ona na każdy aspekt współczesnego życia.

Podstawowa wiedza z zakresu mechaniki kwantowej pomoże ludziom docenić znaczenie nowych technologii i podejmować świadome decyzje dotyczące przyszłości.

Patrząc w przyszłość

Kiedy oglądamy zdjęcia pionierów fizyki kwantowej, dostrzegamy nie tylko ludzi, którzy zmienili sposób, w jaki ludzkość rozumie wszechświat, ale także ducha nauki – pasję do dociekań, chęć kwestionowania starych idei i współpracę ponad granicami.

Duch ten nadal jest niezbędny, aby w XXI wieku osiągnąć szczyty nauki.

W tym roku nie tylko świętujemy 100-lecie mechaniki kwantowej, ale także patrzymy w przyszłość.

Dzięki rozwojowi technologii kwantowej stoimy u progu bezprecedensowych nowych możliwości. Komputery kwantowe mogą pomóc w rozwiązaniu największych wyzwań ludzkości – od zmian klimatycznych po opracowywanie leków na nieuleczalne choroby.

Czujniki kwantowe mogą otworzyć nowe możliwości eksploracji wszechświata i zrozumienia nas samych. Komunikacja kwantowa może stworzyć bezpieczniejszy i bardziej prywatny, połączony świat.

Mechanika kwantowa pokazała, że ​​rzeczywistość jest o wiele bardziej złożona i magiczna, niż kiedykolwiek sobie wyobrażaliśmy. Być może więc najważniejsza lekcja płynąca ze 100 lat mechaniki kwantowej brzmi: zawsze bądź przygotowany na zaskoczenie, zawsze bądź ciekawy i nigdy nie przestawaj odkrywać.

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