100 лет квантовой механики: люди, изменившие мир

(Дэн Три) — В этом году исполняется 100 лет со дня рождения квантовой механики, от новаторских теорий до её глобального применения. Для Вьетнама это прекрасная возможность воспользоваться волной квантовой технологической революции и сформировать будущее.

На этой черно-белой фотографии, сделанной в начале XX века, десятки ученых в элегантных костюмах сидят перед старинным готическим зданием.

Это была не обычная встреча — это была одна из важнейших научных конференций в истории человечества, объединившая величайшие умы физики XX века.

Среди этих суровых лиц были Альберт Эйнштейн с его фирменной седой шевелюрой, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шредингер, Макс Планк и многие другие ученые, которые вместе построили одну из самых революционных научных теорий: квантовую механику.

Сольвеевская конференция 1927 года объединила ведущих мировых учёных того времени (Фото: Wiki).

В этом году исполняется 100 лет со дня официального открытия квантовой механики. Организация Объединённых Наций объявила 2025 год Международным годом квантовой науки и технологий, чтобы отметить столетие этой научной революции и продолжить изучение её потенциала в следующем столетии.

Это также возможность для нас оглянуться назад на необыкновенный путь теории, которая полностью изменила способ, которым люди понимают Вселенную, и нашла применение в современной жизни.

Происхождение революции

Летом 1925 года Вернер Гейзенберг — молодой немецкий физик — отправился на остров Гельголанд в Северном море, чтобы спастись от сильной аллергии на пыльцу, которой он страдал.

Именно в этом уединённом месте он задумал написать революционную работу «о переосмыслении кинематических и механических соотношений в терминах квантовой теории». Однако он не ожидал, что после её публикации эта работа откроет новую эру в физике.

Ученые уже поняли, что классическая физика Ньютона не может объяснить многие явления на атомном уровне.

Гениальный физик Альберт Эйнштейн внес вклад в развитие физики — квантовой механики (Фото: PBS).

Макс Планк открыл, что энергия поглощается и испускается дискретными «пакетами», называемыми квантами. Эйнштейн использовал эту идею для объяснения фотоэлектрического эффекта. Но именно Гейзенберг и его коллеги построили полную теоретическую систему нового раздела физики – квантовой механики.

Особенность квантовой механики в том, что она не просто новая теория, заменяющая старую. Она требует от нас отказа от наших интуитивных представлений о реальности.

В квантовом мире частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно (это называется квантовой суперпозицией), могут мгновенно влиять друг на друга, даже находясь на расстоянии миллионов миль друг от друга (квантовая запутанность), и мы не можем знать одновременно и положение, и импульс частицы (согласно принципу неопределенности Гейзенберга).

От теории к широкому применению

Многие считают квантовую механику всего лишь сложными математическими формулами в лаборатории. Но на самом деле она проникла во все сферы современной жизни.

Большинство электронных устройств, которыми мы пользуемся каждый день, работают на квантовых принципах. Смартфон в вашем кармане содержит миллиарды транзисторов — устройств, созданных на основе понимания квантовой механики полупроводников.

Без квантовой механики у нас не было бы ни компьютеров, ни Интернета, ни GPS... Или лазер — еще одно важное изобретение, основанное на квантовых принципах, — широко используется от считывателей штрихкодов в супермаркетах, считывателей CD/DVD, до операций на глазах и передачи данных по оптоволоконным кабелям...

Аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ) работают на принципе ядерного магнитного резонанса — квантового явления (Фото: ST).

Современная медицина также извлекает огромную пользу из квантовой механики. Аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ) работают на принципе ядерного магнитного резонанса — квантового явления.

Радиационное лечение рака также основано на понимании квантовой физики атомных ядер.

Даже такая, казалось бы, нереальная вещь, как космология, требует квантовой механики. Мы понимаем, почему звёзды светятся, как они создают тяжёлые элементы и как они в конечном итоге умирают — всё благодаря квантовой механике.

Это объясняет, почему твердое вещество не разрушается, почему металлы проводят электричество и бесчисленное множество других явлений в природе.

«Скрытые фигуры» истории

Оглядываясь назад на историю квантовой физики, мы часто вспоминаем лишь такие известные имена, как Эйнштейн, Гейзенберг или Шредингер. Но история развития этой области включает в себя и множество других забытых личностей, особенно женщин.

Люси Менсинг была одной из таких женщин. Она работала в той же группе, что и Гейзенберг, и выполнила некоторые из первых вычислений приложений его теории квантовой механики.

Есть много других выдающихся женщин-учёных, которые не получили заслуженного признания в истории. В 2025 году выйдет биографическая книга о 16 женщинах-учёных в истории квантовой физики, которая поможет пролить свет на эти забытые достижения.

Квантовый компьютер, исследованный и разработанный в Китае (Фото: The Quantum Insider).

Это напоминает нам, что наука — это не дело гениев-одиночек, а коллективный труд многих. Каждое открытие основывается на работах, ему предшествовавших, а успех квантовой механики — результат международного сотрудничества, преодолевающего политические и культурные барьеры.

Вторая квантовая революция

Если XX век стал свидетелем зарождения и развития квантовой механики как научной теории, то XXI век открывает эпоху «второй квантовой революции».

Именно тогда люди начали напрямую использовать странные свойства квантовой механики для создания совершенно новых технологий.

Квантовые компьютеры — одна из самых ожидаемых технологий. В отличие от традиционных компьютеров, использующих биты, которые могут находиться только в состоянии 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в обоих состояниях одновременно благодаря принципу «квантовой суперпозиции».

Это позволяет квантовым компьютерам выполнять множество вычислений параллельно, потенциально решая за дни или даже часы задачи, на решение которых традиционным компьютерам потребовались бы миллионы лет.

Квантовые компьютеры также обещают произвести революцию во многих областях. В медицине они позволяют точно моделировать сложные молекулярные структуры, помогая быстрее и эффективнее разрабатывать новые лекарства.

В материаловедении квантовые компьютеры позволяют разрабатывать новые материалы с уникальными свойствами. В финансах они позволяют оптимизировать портфели и анализировать риски на беспрецедентном уровне.

Япония является одной из ведущих стран в исследованиях квантовых технологий (Фото: DigWatch).

Квантовое зондирование является еще одной перспективной областью применения. Используя квантовые эффекты, эти датчики чрезвычайно чувствительны и способны измерять мельчайшие изменения магнитных полей, гравитации или времени.

Их можно использовать в медицине для раннего выявления заболеваний, в геологии для разведки ресурсов или для точного позиционирования без GPS.

Квантовая коммуникация, и в особенности квантовая криптография, обеспечивает абсолютно безопасный метод передачи информации. Согласно принципам квантовой механики, любая попытка подслушивания изменит квантовое состояние и будет немедленно обнаружена.

Несколько стран уже приступили к созданию сетей квантовой связи, и в будущем квантовый Интернет может стать реальностью.

Проблемы и возможности для Вьетнама

В условиях разворачивающейся второй квантовой революции Вьетнаму необходима стратегия, чтобы избежать отставания. Инвестиции в исследования и образование в области квантовой науки стали неотложной необходимостью.

Нам необходимо подготовить новые поколения ученых и инженеров, разбирающихся в квантовых технологиях, и создать соответствующую исследовательскую инфраструктуру.

Во Вьетнаме многие эксперты и ученые работают вместе над исследованием квантовых технологий (Фото: Президентский клуб).

Международное сотрудничество также важно. Как показывает история, научные прорывы часто достигаются благодаря трансграничному сотрудничеству. Вьетнаму необходимо активно участвовать в международных исследовательских проектах в области квантовых технологий, перенимая опыт передовых стран.

В то же время нам необходимо популяризировать знания квантовой механики среди широкой публики. Многие до сих пор считают эту область слишком сложной и далёкой, но, как мы видим, она влияет на все аспекты современной жизни.

Базовое понимание квантовой механики поможет людям оценить важность новых технологий и принимать обоснованные решения о будущем.

Взгляд в будущее

Когда мы оглядываемся на фотографии пионеров квантовой физики, мы видим не только людей, изменивших представление человечества о Вселенной, но и дух науки — страсть к исследованиям, готовность бросать вызов старым идеям и сотрудничать, невзирая на границы.

Этот дух по-прежнему необходим для достижения высот науки в XXI веке.

Этот год — не только время отпраздновать 100-летие квантовой механики, но и время заглянуть в будущее.

С развитием квантовых технологий мы стоим на пороге беспрецедентных новых возможностей. Квантовые компьютеры могут помочь решить самые серьёзные проблемы человечества — от изменения климата до разработки лекарств от неизлечимых болезней.

Квантовое зондирование может открыть новые способы исследования Вселенной и понимания самих себя. Квантовая связь может создать более безопасный и конфиденциальный мир.

Квантовая механика показала, что реальность гораздо сложнее и волшебнее, чем мы когда-либо представляли. Поэтому, возможно, главный урок, который мы извлекли из 100 лет квантовой механики, заключается в следующем: всегда будьте готовы удивляться, всегда проявляйте любопытство и никогда не прекращайте исследовать.

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