دستاورد خیره‌کننده‌ای که نوبل فیزیک امسال را گرفت
«دیدن اینکه فیزیک بنیادی امروز به فناوری‌هایی منتهی شده که می‌توان لمسشان کرد، واقعاً هیجان‌انگیز است»؛ جان کلارک، این جمله را امروز در مصاحبه‌ای بعد از دریافت جایزه نوبل فیزیک گفت.
این فیزیکدان بریتانیایی‌الاصل که استاد بازنشسته دانشگاه کالیفرنیاست به همراه «میشل دوورِه» فیزیکدان فرانسوی‌الاصل و استاد دانشگاه ییل و «جان مارتینیس» استاد فیزیک دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، به‌صورت مشترک نوبل فیزیک امسال را دریافت کردند.
دستاورد خیره‌کننده آنها که منجر به انتخابشان توسط اکادمی سلطنتی علوم سوئد شد، «پیشرفت‌های بنیادی در مشاهده و کنترل پدیده‌های کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی» است.
دستاورد علمی این سه دانشمند دقیقا چیست؟ و چه کاربرد‌هایی در پیشرفت زندگی بشر دارد؟
دستاورد این سه فیزیکدان چیست؟
در نگاه اول، شاید این دستاورد پیچیده به نظر برسد، اما در واقع سعی دارد به پرسشی ساده پاسخ دهد:
آیا قوانین عجیبی که در دنیای ذرات ریز حاکم‌اند، می‌توانند در دنیای بزرگ‌تر ــ همان دنیایی که ما در آن زندگی می‌کنیم ــ هم کار کنند؟
برای درک ماجرا، تصور کنید توپ کوچکی دارید که بین دو تپه قرار گرفته است. اگر انرژی کافی نداشته باشد، نمی‌تواند از تپه بالا برود. اما در دنیای کوانتومی، این توپ ممکن است ناگهان «از میان تپه عبور کند» — بدون هیچ نیرویی. این پدیده را «تونل‌زنی کوانتومی» می‌نامند.
در دنیای واقعی چنین چیزی رخ نمی‌دهد، چون در مقیاس بزرگ، نیرو‌های محیطی اثر کوانتومی را از بین می‌برند. اما این سه فیزیکدان نشان دادند که می‌توان با طراحی سامانه‌هایی خاص، همین رفتار‌های عجیب را در ابعادی بسیار بزرگ‌تر دید.
به بیان ساده‌تر، آنها نشان دادند که مرز میان «جهان ذرات» و «جهان ما» به آن صلبی نیست که فکر می‌کردیم. این یعنی پدیده‌هایی که روزی فقط در اتم‌ها و فوتون‌ها دیده می‌شد، حالا می‌توانند در مدار‌های الکتریکی ساخته‌شده با دست انسان هم رخ دهند.
به همین دلیل است که کارشناسان این کشف را «قدم بزرگ برای آوردن کوانتوم به دنیای واقعی» نامیده‌اند.
چرا این کشف شگفت‌انگیز است؟
زیرا این نخستین بار بود که کسی نشان داد پدیده‌های کوانتومی می‌توانند در اجسام مهندسی‌شده و قابل مشاهده در آزمایشگاه نیز رخ دهند.
تا پیش از این، بسیاری از فیزیک‌دانان تصور می‌کردند که اثر‌های کوانتومی تنها در دنیای بسیار ریز ممکن است و نمی‌توان آنها را مستقیماً در سامانه‌های بزرگ‌تر مشاهده کرد.
اما آزمایش‌های این سه نفر ثابت کرد که مرز میان «ریز» و «کلان» — یا همان مرز بین دنیای کوانتوم و دنیای ما — آن‌قدر‌ها هم قطعی نیست.
به قول یکی از داوران کمیته نوبل در بیانیه رسمی، «این پژوهش‌ها نشان می‌دهند که قوانین کوانتومی می‌توانند در هر مقیاسی، اگر محیط درست انتخاب شود، ظاهر شوند.»
در دنیای کوانتوم چه خبر است؟
در دنیای کوانتوم، قوانین به‌گونه‌ای عمل می‌کنند که انگار «واقعیت» خودش انعطاف‌پذیر است.
برای مثال، پدیده برهم‌نهی را تصور کنید: در مقیاس عادی، یا یک چراغ روشن است یا خاموش؛ اما در جهان کوانتوم، ذره‌ای مانند الکترون می‌تواند هم‌زمان در هر دو حالت باشد — مثل چراغی که تا وقتی به آن نگاه نکرده‌ایم، هم روشن است و هم خاموش! تنها زمانی که آن را مشاهده می‌کنیم، یکی از حالت‌ها انتخاب و «واقعیت» تثبیت می‌شود. به همین دلیل، فیزیک‌دانان می‌گویند عمل مشاهده در جهان کوانتومی، خودش بخشی از واقعیت را می‌سازد.
حالا تصور کنید دو ذره که زمانی کنار هم بوده‌اند را از هم جدا کنیم، مثلاً یکی را در اتاقی در تهران و دیگری را در لندن قرار دهیم. اگر این دو ذره درهم‌تنیده باشند، تغییر در یکی فوراً بر دیگری تأثیر می‌گذارد — بی‌درنگ، حتی سریع‌تر از نور. انیشتین از این پدیده حیرت‌زده شد و آن را «کنش شبح‌وار از دور» نامید، چون هیچ توضیح کلاسیکی برای آن وجود نداشت؛ و در نهایت، تونل‌زنی کوانتومی را در نظر بگیرید: ذرات می‌توانند از سد‌هایی عبور کنند که طبق قوانین معمول فیزیک باید مانعشان شوند؛ درست مثل اینکه توپ گلفی را به دیوار بزنیم و گاهی توپ از دیوار رد شود! این رفتار‌ها غیرقابل درک به‌نظر می‌رسند، اما امروزه ابزار‌هایی مانند میکروسکوپ تونلی یا تراشه‌های حافظه فلش دقیقاً بر همین اصول کوانتومی ساخته شده‌اند — یعنی همین «عجایب» بنیاد فناوری‌های مدرن را تشکیل می‌دهند.
این سه دانشمند را بیشتر بشناسید
سه برنده‌ی جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۵ از برجسته‌ترین پژوهشگران حوزه‌ی فیزیک کوانتومی و فناوری‌های مرتبط با آن هستند؛ افرادی که دهه‌ها از عمر علمی خود را صرف فهم و مهار پدیده‌های بنیادین طبیعت کرده‌اند.
جان کلارک (John Clarke)، فیزیکدان بریتانیایی‌الاصل و استاد بازنشسته‌ی دانشگاه کالیفرنیا در برکلی است. او یکی از پیشگامان استفاده از «سوپررساناها» در فیزیک تجربی محسوب می‌شود و از دهه‌ی ۱۹۷۰ روی ساخت ابزار‌هایی کار کرده که می‌توانند میدان‌های مغناطیسی فوق‌العاده ضعیف را اندازه‌گیری کنند؛ از جمله اختراع دستگاه معروف SQUID (مخفف Superconducting Quantum Interference Device) که امروز در علوم پزشکی، زمین‌شناسی و تحقیقات مغزی استفاده می‌شود. کلارک با رویکردی میان‌رشته‌ای، همیشه بر کاربرد‌های عملی پدیده‌های کوانتومی تأکید داشته است و در گفت‌و‌گو با خبرگزاری رویترز گفت دریافت این جایزه «بزرگ‌ترین شگفتی زندگی‌اش» بوده است.
میشل دوورِه (Michel Devoret)، فیزیکدان فرانسوی و استاد دانشگاه ییل در آمریکاست. او از مهم‌ترین چهره‌های نظری و تجربی در حوزه‌ی «مدار‌های کوانتومی» است؛ سامانه‌هایی که تلاش می‌کنند قوانین کوانتوم را در مدار‌های الکتریکی به‌کار گیرند. دوورِه سال‌ها با آندره آسپکت — برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۲ — همکاری داشت و بعد‌ها با ساخت مدار‌هایی از جنس سوپررسانا نشان داد که می‌توان رفتار کوانتومی را در ابعاد بزرگ‌تر نیز حفظ کرد. پژوهش‌های او بنیان‌گذار فناوری کیوبیت‌های سوپررسانا شد؛ پایه‌ای که امروز شرکت‌هایی مانند IBM، Google و Rigetti برای توسعه‌ی رایانه‌های کوانتومی از آن استفاده می‌کنند.
جان مارتینیس (John Martinis)، استاد فیزیک دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا و از چهره‌های پیشرو در مهندسی کوانتومی است. او رهبری تیم کوانتومی گوگل را بر عهده داشت و در سال ۲۰۱۹ با ساخت پردازنده‌ی Sycamore موفق شد نخستین نمایش «برتری کوانتومی» (Quantum Supremacy) را ارائه دهد؛ لحظه‌ای که یک رایانه‌ی کوانتومی توانست مسئله‌ای را حل کند که قدرتمندترین ابررایانه‌های کلاسیک از عهده‌اش برنمی‌آمدند. مارتینیس با ترکیب مهندسی دقیق و درک عمیق از فیزیک بنیادی، نقش مهمی در تبدیل نظریه‌های کوانتومی به فناوری‌های واقعی ایفا کرده است.
این سه دانشمند، هرچند از مسیر‌های علمی متفاوتی آمده‌اند، اما در نهایت در یک نقطه به هم رسیدند: نشان دادن اینکه قوانین عجیب دنیای کوانتوم نه فقط مفهومی فلسفی یا آزمایشگاهی، بلکه بنیانی برای ساخت ابزار‌های آینده بشر هستند.
این دستاورد چه کاربردی در زندگی بشر دارد
دستاورد امسال نوبل فیزیک صرفاً یک کشف نظری نیست؛ پایه‌ای است برای نسلی از فناوری‌ها که ممکن است در دهه‌های آینده چهره‌ی جهان را تغییر دهند.
بر اساس تحلیل‌های فایننشال‌تایمز، چهار حوزه کلیدی از این کشف بهره‌مند خواهند شد:
۱. رایانه‌های کوانتومی: مدار‌های سوپررسانای کنترل‌پذیر، همان «کیوبیت‌ها»ی اصلی در بسیاری از رایانه‌های کوانتومی هستند. پیشرفت در پایداری و کنترل آنها به افزایش سرعت، دقت و توان پردازش این دستگاه‌ها منجر می‌شود.
۲. رمزنگاری کوانتومی و امنیت داده‌ها: اصول فیزیک کوانتوم امکان انتقال اطلاعاتی را می‌دهد که در صورت شنود یا دست‌کاری، بلافاصله قابل تشخیص است. این فناوری می‌تواند زیرساخت‌های ارتباطی آینده را تقریباً غیرقابل نفوذ کند.
۳. حسگر‌های فوق‌دقیق: استفاده از ویژگی‌های کوانتومی در اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی یا نیرو‌های بسیار کوچک، می‌تواند به کاربرد‌هایی در پزشکی (مانند MRIهای نسل جدید)، زمین‌شناسی، و حتی اکتشافات فضایی منجر شود.
۴. درک بنیادی از واقعیت: پژوهش‌های این سه دانشمند به پرسش فلسفی و فیزیکی عمیقی پاسخ می‌دهد: تا کجا می‌توان قوانین کوانتومی را به دنیای بزرگ‌تر تعمیم داد؟ پاسخ آنها نشان می‌دهد که «مرز میان جهان ریز و کلان» شاید فقط یک محدودیت فنی باشد، نه بنیادی.
گامی مهم، فراتر از یک جایزه علمی
اگر بخواهیم این کشف را با زندگی روزمره مقایسه کنیم، می‌توان گفت این سه دانشمند در واقع پلی ساخته‌اند میان جهان نامرئی کوانتومی و دنیای واقعی ما.
در آینده، همین درک جدید می‌تواند باعث شود ماشین‌ها، کامپیوتر‌ها و ابزار‌های پزشکی ما از قوانین کوانتومی استفاده کنند؛ همان قوانینی که تاکنون فقط در کتاب‌های فیزیک و آزمایشگاه‌ها دیده می‌شدند.
به همین دلیل است که نوبل امسال فقط یک جایزه علمی نیست؛ بلکه گامی مهم در قابل لمس کردن دنیای کوانتوم برای بشر است.
