در بخشهای پیشــین این پرونده، سفری به قلب دنیای زیراتمی داشــتیم؛ دیدیم کــه چگونه پدیدههایی عجیب و غیرشــهودی ماننــد برهمنهــی و درهمتنیدگی، که زمانی تنها بر تختهســیاه فیزیکدانان نقش میبســتند، امروز به پایه فناوریهای ملموسی از رایانههای کوانتومی تا حســگرهای پزشــکی تبدیل شــدهاند. اکنــون، در این بخش پایانی، نگاه خــود را از کاربردهای امروزی فراتر برده و به افقهای دوردســت میدوزیم. اینجا، در مرزهای دانش، با بزرگترین چالشهای حلنشــده علم روبهرو میشویم: چگونه میتوان شکنندهترین حالتهای کوانتومی را از گزند دنیای کالســیک حفظ کرد؟ آیا میتوان دو ستون بزرگ فیزیک مدرن، یعنی کوانتوم و گرانش، را با یکدیگر آشتی داد؟ چه رویاهایی برای یک اینترنت کوانتومی جهانی در ســر داریم و این فناوریها چه چالشهای اخالقــی و اجتماعی را پیش روی ما قرار میدهند؟ و درنهایت، این انقالب علمی چه معنای عمیقتری برای فلســفه و درک ما از ماهیت خود »واقعیت« دارد؟ این بخش، کاوشی است در پرســشهای بیپاسخ، رویاهای جســورانه و سایه فلسفی که انقالب کوانتومی بر سرنوشت بشر افکنده است.

نظریهای، که زمانی تنها روی تختهسیاه فیزیکدانان و معادالت پیچیده میتوانستیم سراغی از آن بگیریم، امروز به نیروی محرکه یک انقالب فناوری تبدیل شده است. کوانتوم دیگر تنها یک پدیده نظری عجیب نیست، بلکه پایه فناوریهایی است که در حال شکل دادن به آینده محاســبات، ارتباطات، پزشــکی و درک ما از خود جهان هستند. از رایانههایی که مســایل غیرقابل حل را حل کردهاند تا ارتباطاتی که امنیتشان ازسوی قوانین فیزیک تضمین شده، این فناوریها در آستانه دگرگون کردن زندگی روزمره ما قرار دارند. در این بخش از پرونده، پنج حوزه کلیدی این انقالب را میشکافیم تا ببینیم چگونه دنیای زیراتمی در حال ساختن جهان فردای ماست.

برای هزاران ســال، تمدن بشــری روی یک قاره پهناور و آشنا به نام »دنیای کالسیک« شکوفا شد. ما با دقت تمام، نقشه این سرزمین را ترسیم کردیم؛ از قوانین حرکت نیوتن که مسیر ستارگان را پیشبینی میکرد تا امواج الکترومغناطیس ماکسول که زیربنای ارتباطات ما شد. در این قلمرو، همهچیز قابل اعتماد بود. قوانینش محکم، نتایجش قابل تکرار و منطقش، همان منطقی بود که در زندگی روزمره خود تجربه میکردیم. ما به استادان بیچونوچرای این قاره تبدیل شدیم، سازههای مهندسی شگفتیانگیزی بر پایه قوانینش بنا کردیم و با اطمینان باور داشتیم که این سرزمین، تمام جهان هستی است.

«خلأ». در نگاه اول، خلأ یعنی پوچی، سکون و نبودنِ مطلق. اما فیزیک کوانتوم این تصویر آرام را در هم می‌شکند و پرده از یک واقعیت پرهیاهو برمی‌دارد. در این دیدگاه، خلأ یک اقیانوس خروشان از انرژی‌های پنهان و نوسانات دایمی است. این رقص بی‌پایان در دل «هیچ»، چنان قدرتمند است که می‌تواند دو صفحه‌ فلزی را در تاریکی مطلق به‌سوی هم بکشد (پدیده‌ای به نام اثر کازیمیر) و حتی مسیر حرکت الکترون‌ها در اتم‌ها را اندکی تغییر دهد (که به اختلاف لمب شهرت دارد). بیایید به قلب این «هیچِ پرهیاهو» شیرجه بزنیم تا ببینیم چگونه خلأ کوانتومی، این صحنه‌ی ظاهرا خالی، به یکی از فعال‌ترین و تاثیرگذارترین بازیگران صحنه‌ کیهان تبدیل می‌شود.

تصور کنيد کتاب قوانيني براي تمام هستي وجود دارد. در فصل‌هاي ابتدايي، همه‌چيز قابل پيش‌بيني است: توپ‌ها براي عبور از تپه به انرژي نياز دارند، جريان برق در سيم‌ها هميشه با مقاومت روبه‌رو مي‌شود و يک جسم نمي‌تواند همزمان در دو مکان باشد. اما اين کتاب، يک پيوست اسرارآميز دارد که در آن، تمام اين قوانين آشنا در هم مي‌شکند. به اين پيوست جادويي «مکانيک کوانتوم» مي‌گويند. در ادامه مي‌خواهيم با هم سه داستان عجيب از اين دنياي پنهان را ورق بزنيم؛ داستان ذراتي که مانند ارواح از دل ديوارها عبور مي‌کنند، جريان‌هاي الکتريکي که تا ابد بدون خستگي به حرکت خود ادامه مي‌دهند و الکترون‌هايي که همزمان در دو نقطه از جهان حضور دارند. اين‌ها داستان‌هاي علمي-تخيلي نيستند، بلکه بخشي از واقعيتي‌اند که فناوري‌هاي آينده ما را شکل مي‌دهند.

جهانی که ما تجربه می‌کنیم، تنها یک «رابط کاربری» زیبا و ساده‌شده است؛ مجموعه‌ای از آیکون‌های قابل فهم به نام «فیزیک کلاسیک» که به ما اجازه می‌دهند با واقعیت کار کنیم: سیب‌ها سقوط می‌کنند، سیارات می‌چرخند و قوانین علت و معلول، قابل اعتماد به نظر می‌رسند.

در اواخر قرن نوزدهم و با ورود به قلمرو اتم‌ها، الکترون‌ها و فوتون‌ها، با ناهنجاري‌هايي روبه‌رو شد که قابل توضيح نبودند: تابش اسرارآميز اجسام داغ، الکترون‌هايي که با تابش نور از سطح فلزات مي‌گريختند و خطوط طيفي مجزايي که گازهاي گداخته از خود ساطع مي‌کردند. اين معماها، سرآغاز انقلابي مفهومي بودند که فيزيک کوانتوم نام گرفت. اين مقاله، گام‌به‌گام شما را از قطعيت جهان کلاسيک به سرزمين شگفتي‌انگيز کوانتوم مي‌برد. ابتدا دلايل موفقيت چشمگير فيزيک کلاسيک و سپس نقاط شکست آن را بررسي مي‌کنيم. در ادامه، با ايده‌هاي جسورانه پيشگاماني چون ماکس پلانک، آلبرت اينشتين و نيلز بور آشنا مي‌شويم که درک ما از نور و ماده را براي هميشه دگرگون کردند. سرانجام، به قلب مفاهيم بنيادين کوانتوم، يعني برهم‌نهي (Superposition) و دوگانگي موج-ذره، خواهيم پرداخت.

جایزه نوبل امسال فیزیک به جان جی هاپفیلد و اورست هینتون تعلق گرفت. جان جی هاپفیلد (JOHN J. HOPFIELD) استاد بازنشسته دانشگاه پرینستون زاده 15 ژوئیه 1933 است که بیشتر به دلیل مطالعاتش در مورد شبکه عصبی در 1982 شناخته شده است.