Helgoland: جستجوی گذشته و آینده فیزیک کوانتومی در یک جزیره کوچک

من به کنفرانس های علمی تر رفتم که حساب نمی کنم ، اما یک جلسه اخیر که در جزیره هلگولند برای جشن گرفتن صدمین سالگرد مکانیک کوانتومی برگزار شد ، یکی از عجیب ترین ها – در جهت درست است.

این جزیره کوچک آلمانی ، به سختی بیش از یک کیلومتر طول و دور در دریای شمال ، مانند یک استراحتگاه ساحلی ساحلی در پایین به نظر می رسد: دریا کمتر از حتی در تابستان ، خیابان های کوچک پر از مغازه های هدیه ارزان و بوی ماهی و سیب زمینی سرخ کرده و بستنی. اکنون تصور کنید که در هر دور ، شما در حال راه اندازی فیزیکدانان برنده جایزه نوبل ، مخترعین نظریه اطلاعات کوانتومی و تجربی در خط مقدم فن آوری های کوانتومی هستید ، تازه برای بحث در مورد کار خود در تالار شهر ، کنار زمین گلف دیوانه. این بسیار شگفت انگیز است.

دلیل اینکه ما در اینجا هستیم در یک صخره در راه صخره آشکار می شود. او یک پلاک برنز پوشیده است (به تصویر زیر مراجعه کنید) که نشان می دهد در آنجا بود که فیزیکدان ورنر هایزنبرگ ، در طی گشت و گذار برای درخواست رهایی از تب یونجه خود در سال 1925 ، مکانیک کوانتومی را اختراع کرد. متأسفانه ، این واقعاً درست نیست – در بهترین حالت هایزنبرگ ایده هایی را در اینجا ترسیم کرده است که پس از آن ، او و دیگران یک نظریه کوانتومی کامل ساخته اند. و نسخه ای که امروز بیشتر می دانیم در ابتدای سال 1926 توسط اروین شرودینگر ، که عملکرد امواج را به عنوان ابزاری برای پیش بینی تکامل یک سیستم کوانتومی معرفی کرد ، رونمایی شد.

به طور یکسان ، اگر می خواهید یک مکانیک کوانتومی یک صدمین سالگرد بدهید ، سال آشکار انتخاب است. و هرچه مقدار داستان هلگولاند باشد ، ناشی از خودآزمایی هایزنبرگ بود – او داستان پیشرفت خود را تنها سالها بعد نوشت – جزیره دوردست یک مکان نسبتاً ویژه برای سازماندهی مهمانی است.

و یک مهمانی چیست. تصور چنین بازیگران برجسته فیزیکدانان کوانتومی مونتاژ دشوار است. در اینجا چهار برنده نوبل وجود دارد: ظاهر آلن، دیوید وینلند، آنتون زیلینگر وت سرگ هاروشبشر در بین آنها ، آنها واقعیت ویژگی های عجیب مکانیک کوانتومی را ایجاد کرده اند ، به عنوان روشی که ممکن است خواص یک ذره به نظر برسد که برای یک ثانیه اندازه گیری می کنیم ، یک ذره “درهم” ، هر فاصله از آن. آنها همچنین برخی از تکنیک های دستکاری را برای ذرات کوانتومی فردی که اکنون برای ساخت رایانه های کوانتومی استفاده می شوند ، ایجاد کرده اند.

اما این چیز است. من گمان می کنم که این فارغ التحصیلان بزرگ (ISH) با من موافقند که این نسل جوان است که اکنون بهترین امید را دارد که به معنای مکانیک کوانتومی معنی بدهد و ماهیت بدنام ضد شهود خود را به فناوری های جدید و درک جدیدی از طبیعت تبدیل کند. مکانیک کوانتومی شناخته شده است که بسیاری از تفسیرهای مختلف از آنچه ریاضیات تئوری در مورد دنیای واقعی به ما می گوید ، اعتراف می کنند ، و بیشتر گارد قدیمی قبلاً موضع گیری کرده است و بعید به نظر می رسد که نظرات خود را تغییر دهد.

این بن بست در یک میز گرد آشکار بود که عصر اول وقتی جنبه ، زیلینگر و ژیل برساردبنیانگذار رمزنگاری کوانتومی دانشگاه مونترال ، کانادا ، با اعتماد به نفس برابر به معنای اساسی مکانیک کوانتومی ضمن اینکه در تضاد مستقیم قرار دارد.

برای عادلانه بودن با این جانبازان ، ایده های آنها در مواجهه با شک و تردید (یا بدتر) همسالان خود در همان ارزش تفکر چنین سؤالات “اساسی” شکل گرفت. آنها از دوران “سکوت و محاسبه” بیرون آمدند – جمله ای که توسط فیزیکدان آمریکایی اختراع شده است دیوید مرمین برای توصیف اینکه چگونه این یک شکل بد برای تعجب در نظر گرفته شده است که مکانیک کوانتومی به چه معنی است ، وظیفه آن به سادگی حل معادله شرودینگر است. جای تعجب آور نیست که آنها مجبور بودند منظره های قوی و پوست های ضخیم را پرورش دهند.

به نظر می رسد جوانترین محققان نسبت به بنیادهای کوانتومی تمایل کمتری دارند و شاید آماده تر برای جمع آوری و سرکوب تفسیرهای مختلف با توجه به سودمندی آنها برای انجام این مشکل باشند. کمی از بسیاری از جهان در اینجا ، کمی از تفسیر کپنهاگ در آنجا ، همه به عنوان ابزاری برای تأمل با بیانیه های واقعیت.

نسل جدید نیز خستگی ناپذیر است. به عنوان مثال ، ودیکا خمی در دانشگاه استنفورد ، کالیفرنیا ، به پیوندهای غنی و زیبا بین ایده ها در فیزیک مواد متراکم و اطلاعات کوانتومی گفت ، ارتباطی که در دهه 1950 به اطلاعات ذخیره سازی در مورد باند مغناطیسی ادامه می یابد تا تکنیک های اساسی تصحیح خطای امروز برای محاسبه کوانتومی امروز انجام شود.

بهره برداری از مکانیک های کوانتومی برای ساختن فناوری های جدید به طور فزاینده ای رواج دارد ، اما نظریه پردازان نیز آرامش ندارند. Flaminia Giacomini در انستیتوی فدرال فناوری در زوریخ ، سوئیس ، یکی از سخنرانانی بسیاری بود که تخمین می زد که ما می توانیم تصویری واضح تر از مکانیک کوانتومی داشته باشیم اگر بتوانیم آن را با گرانش آشتی دهیم ، به دنبال ازدواج دنیای کوانتومی با احتیاط و گرانول با سیال و دنیای مداوم مورد نیاز با نسبیت عمومی ، به طور کلی با توجه به گرانش کمیت.

شاید شما فکر کرده باشید که همه چیز برای کشف ایده های غیر قابل آزمایش و به سختی پایدار در تئوری رشته ، تلاش برای ایجاد چنین اتحادیه است. اما حقیقت ، همانطور که گیاکومینی گفت ، این است که “ما هیچ مدرک تجربی نداریم که باید گرانش را تعیین کنیم” – حتی دلایل تجربی نداریم (حتی اگر نظری زیادی وجود داشته باشد) چرا گرانش باید اصلاً یک نیروی کوانتومی باشد ، زیرا سه نیروی دیگر طبیعت به وضوح هستند.

نکته جالب این است که حداقل ، چیزی است که می توانیم امیدوار باشیم در آینده نزدیک آزمایش کنیم ، به عنوان مثال با دیدن اینکه آیا می توانیم دو شی را فقط با تعامل گرانشی آنها جمع کنیم. چالش در اینجا این است که اشیاء باید به اندازه کافی بزرگ باشند تا بتوانند یک نیروی گرانشی قابل توجه تولید کنند ، اما به اندازه کافی کوچک برای نشان دادن رفتار کوانتومی: نانوذرات ، بیایید بگوییم ، سیلیس یا الماس می توانند این ترفند را انجام دهند. چندین سخنران ابراز اطمینان کرده اند که ما در حدود یک دهه این چالش را بر عهده داریم.

برای من ، یک مکاشفه کلیدی از Reunion این است که بسیاری از تئوری های کوانتومی و تجربه در حال حاضر در حال درهم و برهم هستند. یکی را بکشید و دیگران را تحت تأثیر قرار دهید. درک بیشتر در مورد گرانش کوانتومی از تجربیات بسیار حساس در ذرات به دام افتاده و می توانید وارد پارادوکس اطلاعات سیاه چاله شوید و با ایده های جدید در مورد اصلاح خطاها برای علوم رایانه کوانتومی یا ایده جدیدی از سیم پیچ حالت های کوانتومی “توپولوژیکی” ظاهر شوید.

به نظر می رسد که کار در یکی از این مناطق حتی می تواند به ما در درک سؤالات قدیمی که هایزنبرگ و همکارانش مختل کرده است ، کمک کند: چه اتفاقی می افتد وقتی که ما یک اندازه گیری را روی یک ذره کوانتومی انجام می دهیم ، و چگونه می توان آن را به یک کلاسیک تبدیل کرد؟ در هر صورت ، گفتن این که یک قرن بعد ، ما هنوز با این سؤالات قدیمی می جنگیم ، روش اشتباهی برای دیدن آن است. ما به جای این کشف کرده ایم که مکانیک کوانتومی بسیار ثروتمندتر ، مفیدتر و حیرت انگیزتر از آن است که بنیانگذاران آن می توانستند از بین بروند.

سوژه ها: