100 років квантової механіки: люди, які змінили світ

(Ден Трі) - Цього року виповнюється 100 років з дня народження квантової механіки, від новаторських теорій до глобальних застосувань. Це золота можливість для В'єтнаму скористатися хвилею квантово-технологічної революції, формуючи майбутнє.

На цьому чорно-білому фото, зробленому на початку 20 століття, десятки вчених в елегантних костюмах сидять перед старовинною готичною будівлею.

Це була не звичайна зустріч – це була одна з найважливіших наукових конференцій в історії людства, яка об’єднала найвидатніші уми фізики 20-го століття.

Серед цих урочистих облич були Альберт Ейнштейн з його характерним срібним волоссям, Вернер Гейзенберг, Ервін Шредінгер, Макс Планк та багато інших вчених, які разом створили одну з найреволюційніших наукових теорій: квантову механіку.

Сольвеївська конференція 1927 року об’єднала провідних науковців того часу (Фото: Вікі).

Цього року виповнюється 100 років з дня офіційного народження квантової механіки. Організація Об'єднаних Націй оголосила 2025 рік Міжнародним роком квантової науки і технологій, щоб відзначити століття цієї наукової революції та продовжити дослідження її потенціалу в наступному столітті.

Це також можливість для нас озирнутися на надзвичайну подорож теорії, яка повністю змінила розуміння людьми Всесвіту та створила застосування в сучасному житті.

Походження революції

Влітку 1925 року Вернер Гейзенберг, молодий німецький фізик, вирушив на острів Гельголанд у Північному морі, щоб втекти від тяжкої форми пилкової алергії, від якої він страждав.

Саме в цьому відокремленому місці він задумав написати революційну статтю «про переосмислення кінематичних та механічних співвідношень з точки зору квантової теорії». Однак він не очікував, що після публікації ця стаття відкриє нову еру у фізиці.

Вчені вже усвідомили, що класична фізика Ньютона не може пояснити багато явищ на атомному рівні.

Геніальний фізик Альберт Ейнштейн зробив свій внесок у розвиток фізики – квантової механіки (Фото: PBS).

Макс Планк виявив, що енергія поглинається та випромінюється дискретними «пакетами», які називаються квантами. Ейнштейн використав цю ідею для пояснення фотоелектричного ефекту. Але саме Гейзенберг та його колеги побудували повну теоретичну систему нової галузі фізики – квантової механіки.

Особливість полягає в тому, що квантова механіка — це не просто нова теорія, яка замінює стару. Вона вимагає від нас відмовитися від наших інтуїтивних уявлень про реальність.

У квантовому світі частинки можуть існувати в кількох станах одночасно (це називається квантовою суперпозицією), можуть миттєво впливати одна на одну, навіть перебуваючи на відстані мільйонів миль одна від одної (квантова заплутаність), і ми не можемо знати одночасно положення та імпульс частинки (згідно з принципом невизначеності Гейзенберга).

Від теорії до широкого застосування

Багато хто вважає квантову механіку просто складними математичними формулами в лабораторії. Але насправді вона проникла в кожен куточок сучасного життя.

Більшість електронних пристроїв, якими ми користуємося щодня, працюють на квантових принципах. Смартфон у вашій кишені містить мільярди транзисторів – пристроїв, винайдених на основі розуміння квантової механіки напівпровідників.

Без квантової механіки у нас не було б комп'ютерів, Інтернету, GPS... Або лазер — ще один важливий винахід, заснований на квантових принципах, — широко використовується від зчитувачів штрих-кодів у супермаркетах, CD/DVD-пристроїв до операцій на очах та передачі даних через оптоволоконні кабелі...

Апарати магнітно-резонансної томографії (МРТ) працюють за принципом ядерного магнітного резонансу – квантового явища (Фото: ST).

Сучасна медицина також отримує значні переваги від квантової механіки. Апарати магнітно-резонансної томографії (МРТ) працюють за принципом ядерного магнітного резонансу – квантового явища.

Радіаційне лікування раку також базується на розумінні квантової фізики атомних ядер.

Навіть щось таке, здавалося б, неймовірне, як космологія, вимагає квантової механіки. Ми розуміємо, чому зірки світяться, як вони створюють важкі елементи та як вони зрештою гинуть — і все це завдяки квантовій механіці.

Це пояснює, чому тверда речовина не руйнується, чому метали проводять електрику та безліч інших явищ у природі.

«Приховані фігури» історії

Коли ми озираємося на історичний портрет квантових фізиків, ми часто впізнаємо лише відомі імена, такі як Ейнштейн, Гейзенберг чи Шредінгер. Але історія розвитку цієї галузі включає багато інших забутих постатей, особливо жінок.

Люсі Менсінг була однією з таких жінок. Вона працювала в одній групі з Гейзенбергом і розрахувала деякі з перших застосувань його теорії квантової механіки.

Є багато інших важливих жінок-науковців, яким не було надано належного визнання в історії. У 2025 році буде опубліковано біографічну книгу про 16 жінок в історії квантової фізики, яка допоможе пролити світло на ці забуті внески.

Квантовий комп'ютер досліджено та розроблено Китаєм (Фото: The Quantum Insider).

Це нагадує нам, що наука — це не робота самотніх геніїв, а колективні зусилля багатьох. Кожне відкриття ґрунтується на незліченних попередніх роботах, а успіх квантової механіки є результатом міжнародної співпраці, яка долає політичні та культурні бар'єри.

Друга квантова революція

Якщо 20 століття стало свідком зародження та розвитку квантової механіки як наукової теорії, то 21 століття відкриває еру «другої квантової революції».

Саме тоді люди починають безпосередньо використовувати дивні властивості квантової механіки для створення абсолютно нових технологій.

Квантові комп'ютери є однією з найбільш очікуваних технологій. На відміну від традиційних комп'ютерів, які використовують біти, що можуть перебувати лише в стані 0 або 1, квантові комп'ютери використовують кубіти, які можуть перебувати в обох станах одночасно завдяки принципу «квантової суперпозиції».

Це дозволяє квантовим комп'ютерам виконувати багато обчислень паралельно, потенційно вирішуючи проблеми, на які традиційним комп'ютерам знадобилися б мільйони років, щоб розрахувати їх за дні або навіть години.

Квантові комп'ютери також обіцяють революціонізувати багато галузей. У медицині вони можуть точно моделювати складні молекулярні структури, допомагаючи швидше та ефективніше розробляти нові ліки.

У матеріалознавстві квантові комп'ютери можуть розробляти нові матеріали з унікальними властивостями. У фінансах вони можуть оптимізувати портфелі та аналізувати ризики на безпрецедентних рівнях.

Японія є однією з провідних країн у дослідженнях квантових технологій (Фото: DigWatch).

Квантові датчики – ще одна перспективна область застосування. Завдяки квантовим ефектам ці датчики надзвичайно чутливі та здатні вимірювати найменші зміни магнітних полів, гравітації чи часу.

Їх можна використовувати в медицині для раннього виявлення захворювань, в геології для розвідки ресурсів або для точного позиціонування без GPS.

Квантовий зв'язок, особливо квантова криптографія, забезпечує абсолютно безпечний метод передачі інформації. Ґрунтуючись на принципах квантової механіки, будь-яка спроба підслуховування змінить квантовий стан і буде негайно виявлена.

Кілька країн вже розпочали будівництво квантових комунікаційних мереж, і в майбутньому квантовий інтернет може стати реальністю.

Виклики та можливості для В'єтнаму

Оскільки друга квантова революція триває, В'єтнаму потрібна стратегія, щоб не відставати. Інвестування в дослідження та освіту в галузі квантової науки стало нагальним.

Нам потрібно підготувати нові покоління вчених та інженерів, які розуміють квантові технології, та побудувати відповідну дослідницьку інфраструктуру.

У В'єтнамі багато експертів та вчених працюють разом над дослідженням квантових технологій (Фото: President Club).

Міжнародна співпраця також важлива. Як показала історія, наукові прориви часто відбуваються завдяки транскордонній співпраці. В'єтнаму необхідно активно брати участь у міжнародних дослідницьких проектах з квантових технологій, навчаючись на досвіді розвинених країн.

Водночас нам також потрібно популяризувати знання квантової механіки серед громадськості. Багато людей досі вважають цю галузь надто складною та далекою, але, як ми бачили, вона впливає на кожен аспект сучасного життя.

Базове розуміння квантової механіки допоможе людям оцінити важливість нових технологій та приймати обґрунтовані рішення щодо майбутнього.

Погляд у майбутнє

Коли ми дивимося на фотографії піонерів квантової фізики, ми бачимо не лише людей, які змінили розуміння людством Всесвіту, але й дух науки – пристрасть до досліджень, готовність кидати виклик старим ідеям та співпрацювати, долаючи кордони.

Цей дух і досі є важливим для досягнення вершин науки у 21 столітті.

Цей рік — не лише час святкування 100-річчя квантової механіки, а й час зазирнути в майбутнє.

З розвитком квантових технологій ми стоїмо на порозі безпрецедентних нових можливостей. Квантові комп'ютери можуть допомогти вирішити найбільші проблеми людства – від зміни клімату до розробки ліків для лікування невиліковних хвороб.

Квантові методи дослідження можуть відкрити нові шляхи дослідження Всесвіту та розуміння самих себе. Квантовий зв'язок може створити безпечніший та приватний пов'язаний світ.

Квантова механіка показала, що реальність набагато складніша та чарівніша, ніж ми коли-небудь уявляли. Тож, мабуть, найважливіший урок за 100 років квантової механіки такий: завжди будьте готові до здивувань, завжди будьте допитливими та ніколи не припиняйте досліджувати.

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