Space Einstein✨

‍ بخش دوم: جزر و مدی آهسته: یونانیان باستان اغلب ضربان ناپایدار امواج در ساحل را به خنده تشبیه می‌کردند.با توجه به اینکه این امواج از درک انسان فرار کرده‌اند،شاید حق با آن‌ها بود: اقیانوس تمام این مدت به ما می‌خندیده است. حتی در اوج دوران روشنگری در اواخر قرن هفدهم و اوایل قرن هجدهم،زمانی که امواج بخش زیادی از گفتمان علمی را به خود اختصاص داده بودند،اقیانوس همیشه به نظر می‌رسید که حرف آخر را می‌زند.تعدادی از دانشمندان سرعت امواج صوتی را اندازه‌گیری کرده بودند و نیوتن و مخالفانش درگیر مناقشه‌ای بر سر ماهیت موجی نور بودند.اما قدیمی‌ترین امواج شناخته شده برای انسان‌ها همچنان یک معمای ریاضی باقی مانده بود. بیش از یک قرن طول کشید تا این وضعیت شروع به تغییر کند.در اوایل قرن نوزدهم،سر جورج استوکس زمانی که در کودکی در نزدیکی خانه‌اش در اسلیگو،ایرلند شنا می‌کرد و یک موج عظیم تقریباً او را به دریا کشید،به امواج اقیانوس علاقه‌مند شد. در سال ۱۸۴۷،او رساله‌ای عظیم در این موضوع منتشر کرد.او با معادلات اویلر برای سیالی بدون ویسکوزیته شروع کرد و شرط ریاضی را اضافه کرد که سطح بالایی آن کاملاً آزاد باشد؛اجازه داشته باشد هر شکلی که می‌خواهد به خود بگیرد. استراوس درباره معادلات حاصل گفت: آن‌ها بد به نظر نمی‌رسند،اما فقط به یک دریاچه با کمی باد نگاه کنید.شما همه این اشکال پیچیده را می‌بینید،مثل کلاهک‌های سفید و امواج غلتان،بعضی موازی هم و بعضی نه. هر یک از این اشکال متنوع،وقتی به عنوان راه‌حلی برای معادلات اویلر درک شود،از نظر ریاضی متمایز و بسیار دشوار است.کوچک‌ترین تغییر در حالت اولیه سیال ممکن است باعث شود که به شکل بسیار متفاوتی تکامل یابد؛برآمدگی‌ها و گردابه‌ها می‌توانند به امواج سرکش و سونامی تبدیل شوند. این سطوح آزاد و متحرک چیزی بود که استوکس می‌خواست مطالعه کند.اما چالش بسیار بزرگ بود.توصیف حرکت آب محصور در یک جعبه یا جریان آن در یک لوله به اندازه کافی سخت است.اما در آن حالت حداقل می‌دانید که مرزهای سیستم کجاست؛آب نمی‌تواند از آن مرزها فراتر رود. اگر هیچ محدودیتی جز نیروی گرانش برای ارتفاع و شکل آب وجود نداشته باشد،ریاضیات بسیار دشوارتر می‌شود. کورسی گفت: اگر ساعت هفت صبح به ساحل بروم،بسیار آرام خواهد بود،اما اگر واقعاً به سطح نگاه کنید،چطور حرکت می‌کند،یک آشفتگی است. تشریح تصویر زیر: پائولو ونتورا اخیراً به اثبات نتیجه مهمی درباره اینکه چه زمانی نوع خاصی از موج پایدار می‌ماند و چه زمانی در برابر اختلالات از بین می‌رود،کمک کرده است. #امواج @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: فرضیه شبیه‌سازی: زندگی درون یک برنامه کامپیوتری: فیلسوف آکسفورد،نیک بوستروم،پیشنهاد داد که یک تمدن پیشرفته با قدرت محاسباتی کافی می‌تواند شبیه‌سازی‌ای پیچیده اجرا کند که ذهن‌های مصنوعی،فیزیک و همه چیزهای دیگر در جهان ما را ایجاد کند.این ایده حمایت شگفت‌انگیزی از سوی دانشمندان معتبر و حتی کارآفرینان فناوری به دست آورده است. نظریه شبیه‌سازی توضیح می‌دهد که به دلیل احتمال قوی وقوع تکینگی‌های فناوری در آینده،بسیار محتمل است که تمدن‌های پیشرفته شبیه‌سازی‌هایی ایجاد کرده باشند و از آنجا که تعداد این شبیه‌سازی‌ها بی‌نهایت خواهد بود،در واقع بسیار محتمل است که ما در یک شبیه‌سازی کامپیوتری زندگی کنیم.فیزیکدان نظری،اس. جیمز گیت،در تحقیقات نظریه ریسمان خود چیزی شگفت‌انگیز مشاهده کرد: در عمق ریاضیات مورد استفاده برای توصیف جهان ما،گیت کد کامپیوتری یافته است،به‌طور خاص یک کد بلوک خطی دودویی خوددوگانه تصحیح خطا که بسیار غیرمنتظره است. نظریه اکپیروتیک: چرخه‌های کیهانی برخورددهنده جهان‌ها: سناریوی اکپیروتیک که در سال ۲۰۰۰ توسط چند فیزیکدان مطرح شد،پیشنهاد می‌کند که دو جهان به هم برخورد می‌کنند و جهان‌های جدیدی را در یک الگوی چرخه‌ای که به طور دوره‌ای رویدادهای مشابهی را تکرار می‌کند،اما بدون تورم و انبساط بیگ بنگ،آغاز می‌کنند.نام این نظریه از کلمه یونانی به معنی آتش‌سوزی بزرگ گرفته شده است که به خشونت کیهانی اشاره دارد. به جای اینکه جهان ما از یک نقطه تک‌چگالی بی‌نهایت آغاز شده باشد،این نظریه پیشنهاد می‌کند که برخوردهای کیهانی بین فضاهای چندبعدی به نام برین‌ها جهان‌های جدیدی ایجاد می‌کند.وقتی یک برین سرد و خالی با برین دیگری برخورد می‌کند که با گذشت زمان حتماً اتفاق می‌افتد،کیهان‌شناسان نیل توراک و پل استینهارت معتقدند چنین برخوردی انرژی کافی برای ایجاد یک جهان جدید کامل تولید می‌کند.با این حال،برای اکثر دانشمندان مدرن،این مدل بر پایه فرضیات بسیار زیاد و پیچیدگی‌های بعدی است که کل مدل را جالب اما بسیار نامحتمل می‌سازد،زیرا ساده‌ترین توضیحات اغلب امیدوارکننده‌ترین هستند. #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ ریاضیات پنهان امواج اقیانوس: ریاضیات پشت حتی ساده‌ترین امواج اقیانوس به‌طور بدنامی غیرهمکاری است.تیمی از ریاضیدانان ایتالیایی پیشرفت‌های بزرگی در درک آن داشته‌اند.(نسخه اصلی این داستان در مجله کوانتا منتشر شده است.) بخش اول: آلبرتو ماسپرو می‌گوید بهترین مزیت شغلش،منظره‌ای است که از پنجره‌اش می‌بیند.دفتر او در مدرسه بین‌المللی مطالعات پیشرفته،واقع در تپه‌ای بالای شهر بندری باستانی تریسته در ایتالیا،چشم‌اندازی به خلیجی گسترده در نوک شمالی دریای آدریاتیک دارد.این ریاضیدان گفت: این منظره بسیار الهام‌بخش است.قطعاً زیباترین منظره‌ای است که تاکنون داشته‌ام. ایتالیایی‌ها تریسته را لا چیتا دلا بورا می‌نامند،به افتخار باد معروف بورا که به طور نامنظم از آلپ به سمت شهر می‌وزد.وقتی بورا به اندازه کافی قوی باشد،امواج را به عقب می‌راند.به جای شکستن در مقابل اسکله‌ها،امواج از شهر دور می‌شوند و به سمت دریای باز بازمی‌گردند. اما آن‌ها هرگز واقعاً به آنجا نمی‌رسند.ماسپرو در این روزهای بادخیز از پنجره‌اش می‌تواند ببیند که امواج عقب‌نشین به آرامی در حال پراکنده شدن هستند و در نهایت به سطحی آرام و ساکن تبدیل می‌شوند. معادلاتی که ریاضیدانان برای مطالعه جریان آب و سایر سیالات استفاده می‌کنند -که لئونارد اویلر تقریباً ۳۰۰ سال پیش آن‌ها را نوشت- به نظر ساده می‌آیند.اگر مکان و سرعت هر قطره آب را بدانید و ریاضیات را با فرض اینکه هیچ اصطکاک داخلی یا ویسکوزیته‌ای وجود ندارد ساده کنید،حل معادلات اویلر به شما امکان می‌دهد پیش‌بینی کنید که آب چگونه در هر بازه زمانی تغییر خواهد کرد.مجموعه غنی پدیده‌هایی که در اقیانوس‌های جهان می‌بینیم -سونامی‌ها،گرداب‌ها،جریان‌های برگشتی- همه راه‌حل‌هایی برای معادلات اویلر هستند. اما این معادلات معمولاً غیرقابل حل هستند.حتی یکی از ساده‌ترین و رایج‌ترین انواع راه‌حل‌ها -که توصیف‌کننده قطار ثابتی از امواج ملایم و روان است- کابوسی ریاضی برای استخراج از معادلات اویلر است.تا حدود ۳۰ سال پیش،بخش عمده‌ای از دانسته‌های ما درباره این امواج تنها از ترکیبی از مشاهدات دنیای واقعی و حدس و گمان به دست می‌آمد.در بیشتر موارد،اثبات‌ها شبیه یک خیال بودند. پائولو ونتورا،پژوهشگر پسادکتری در مؤسسه فدرال فناوری سوئیس لوزان و دانشجوی سابق ماسپرو گفت: قبل از شروع ریاضیات،فکر می‌کردم امواج آب چیزی بسیار فهمیده شده است،اصلاً مشکلی ندارد.اما در واقعیت،آن‌ها فقط عجیب هستند. یکی از پدیده‌های عجیب که ریاضیدانان را دهه‌ها سردرگم کرده این است که حتی وقتی اصطکاک حداقلی است،آن قطار ثابت از امواج ملایم در نهایت فرو می‌پاشد و نامنظم می‌شود. ریاضیدانان انتظار نداشتند چنین رفتار ناپایداری از یک نقطه شروع ساده ظاهر شود.آن‌ها می‌خواستند اثبات کنند؛نشان دهند که ناپایداری‌ها به طور طبیعی از معادلات اویلر ناشی می‌شوند.اما نمی‌توانستند راهی برای انجام آن پیدا کنند. اکنون ماسپرو و ونتورا،همراه با همکار تریسته‌ای‌شان ماسیمیلیانو برتی و لیویا کورسی از دانشگاه روما تری،سرانجام چنین اثباتی ارائه داده‌اند که دقیقاً نشان می‌دهد این ناپایداری‌ها کی رخ می‌دهند و کی رخ نمی‌دهند.این نتیجه تازه‌ترین بخش از رنسانسی است که در حال شروع به تحول در درک ریاضی ما از امواج زمین است.ریاضیدانان از ابزارهای محاسباتی جدید برای فرموله کردن فرضیه‌هایی درباره رفتار امواج استفاده می‌کنند و اکنون در حال توسعه تکنیک‌های پیشرفته قلم و کاغذ برای اثبات آن فرضیه‌ها هستند. والتر استراوس،ریاضیدان دانشگاه براون گفت: این فقط یک چیز خاص نیست.این موجی از انواع جدید تحلیل‌ها در چندین جهت است.من بسیار تحت تأثیر قرار گرفته‌ام. تشریح تصویر زیر: آلبرتو ماسپرو(راست)و ماسیمیلیانو برتی در تریسته،ایتالیا،جایی که آن‌ها ریاضیات امواج اقیانوس را مطالعه می‌کنند.گروه آن‌ها رهبری تلاش‌های اخیر برای اثبات فرضیات مهم در این زمینه را بر عهده داشته است. #امواج @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: جریان تاریک: رانش اسرارآمیز: با استفاده از داده‌های کاوشگر آنی‌سوتروپی مایکروویو ویلکینسون،اخترشناسان شواهدی از جریان تقریباً هماهنگ و شگفت‌آور با سرعت حدود ۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه از خوشه‌های کهکشانی به سمت منطقه‌ای خاص از آسمان کشف کردند که ناشی از جاذبه گرانشی ماده‌ای است که فراتر از جهان قابل مشاهده قرار دارد.این پدیده کاملاً با انتظارات ما درباره رفتار کیهان در تضاد است. این یافته برخلاف پیش‌بینی‌های مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی است که چنین حرکت‌هایی را با افزایش فاصله کاهش‌یابنده می‌دانند،زیرا کیهان‌شناسان پس‌زمینه مایکروویو را به عنوان چارچوب مرجع نهایی می‌بینند.نظریه‌ای به نام تورم پیشنهاد می‌کند که ما فقط یک حباب کوچک را می‌بینیم که پس از مه‌بانگ به سرعت گسترش یافته است و ممکن است بخش‌های دیگری فراتر از این حباب وجود داشته باشند که ساختارهای عظیم و بزرگی بسیار بزرگ‌تر از هر چیزی در جهان قابل مشاهده ما را شامل می‌شوند و خوشه‌های کهکشانی را می‌کشند.با این حال،تحلیل داده‌های ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۱۳ ادعا کرد که هیچ شواهد آماری معناداری از وجود جریان تاریک نشان نمی‌دهد. چندجهانی: جهان‌های بی‌نهایت فراتر از جهان ما: فیزیک نظری پیشنهاد می‌کند که چندجهانی یک گروه‌بندی فرضی از چندین جهان است،به این معنی که جهان ما ممکن است فقط یک جهان کوچک در یک چندجهانی بسیار بزرگ‌تر باشد که در آن جهان‌های زیادی،شاید حتی بی‌نهایت جهان،وجود دارند که به موازات یکدیگر قرار دارند.این فقط حدس و گمان‌های وحشیانه از فیلم‌های علمی-تخیلی نیست. یک راه برای فکر کردن به این موضوع این است که در واقع نسخه‌های زیادی از واقعیت وجود دارد،جهان‌های زیادی، و مکانیک کوانتومی به ما می‌گوید چه کسری از چندجهانی دارای ذرات در مکان‌های خاصی هستند.طبق یک نظریه،وقتی جهان سرد و خالی ما در نهایت به یک خلأ تاریک تبدیل شود،در واقع آغاز جهان بعدی در یک چرخه بی‌پایان تکراری است،زیرا برین‌های سرد و خالی با یکدیگر برخورد می‌کنند.اگر نظریه مه‌بانگ را بپذیریم،این به این معنی است که دوران کودکی جهان ما فقط خلق یک حباب در دریای وسیع جهان‌های در حال تورم بوده است که در نهایت خواهد ترکید یا ناپدید خواهد شد. #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ بخش نهم: در واقع،می‌توان گفت که جایزه نوبل باید درباره همین موضوع باشد: فناوری‌های پیشگامانه و تحول‌آفرینی که از تحقیقات بنیادی به وجود می‌آیند و در سال‌ها و دهه‌های بعدی،دنیایی که در آن زندگی می‌کنیم را بازتعریف می‌کنند.علاوه بر کامپیوترهای کوانتومی،پدیده تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی همچنین فناوری‌های تصویربرداری تخصصی در دستگاه‌های MRI با میدان بسیار پایین،مدارهای کوانتومی موجود در کامپیوترهای پیشرفته(کلاسیک)و نوآوری‌هایی که منجر به اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده دقیق در علوم مختلف شده‌اند را تأمین می‌کند: از علوم اعصاب تا ژئوفیزیک و هواشناسی. به گفته عرفان صدیقی،رئیس دپارتمان فیزیک دانشگاه کالیفرنیا برکلی(و پژوهشگر سابق دِورِه): این واقعیت که می‌توان دنیای کوانتومی را به این شکل بسیار مستقیم در یک مدار الکتریکی دید،واقعاً منبع جایزه بود.آن‌ها نشان دادند که یک مدار ماکروسکوپی نوعی مانند یک اتم منفرد رفتار می‌کند.سطوحی داشت...آن کوانتیزه شدن سطوح انرژی منبع تمام کیوبیت‌ها است.این پدربزرگ کیوبیت‌ها بود.مدارهای کیوبیت مدرن دکمه‌ها و سیم‌ها و چیزهای بیشتری دارند،اما این فقط نحوه تنظیم سطوح،نحوه اتصال یا درهم‌تنیدگی آن‌ها است.ایده اصلی اینکه مدارهای جوزفسون می‌توانند کوانتیزه شوند و کوانتومی باشند،واقعاً در این آزمایش نشان داده شد. سال ۲۰۲۵ توسط سازمان ملل به عنوان سال بین‌المللی علم و فناوری کوانتومی نامگذاری شده است که صد سال از توسعه اولیه مکانیک کوانتومی مدرن را جشن می‌گیرد.شایسته است که جایزه نوبل امسال به یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای کوانتومی تعلق گیرد: طراحی یک سیستم ماکروسکوپی که مانند یک ذره کوانتومی منفرد رفتار می‌کند.به جان کلارک،میشل دِورِه و جان مارتینیس تبریک می‌گوییم؛جهان به خاطر مشارکت‌های شگفت‌انگیز شما جای بهتری،هوشمندتر و توانمندتر شده است.از لحظه درخشان و شایسته خود لذت ببرید! تشریح تصویر زیر: این تصویر پردازنده سیکامور نصب شده در یک کرایواستات ابررسانا نشان می‌دهد که کامپیوتر کوانتومی گوگل پیش از عرضه چیپ ویلو چگونه به نظر می‌رسید.اگرچه کیوبیت‌ها مزیت محاسباتی نسبت به کامپیوترهای کلاسیک ارائه می‌دهند،اما هیچ چیزی وجود ندارد که به طور بنیادی روی یک کامپیوتر کوانتومی شبیه‌سازی شود و نتوان آن را روی یک کامپیوتر کلاسیک نیز شبیه‌سازی کرد.هدف محاسبات کوانتومی دستیابی به برتری کوانتومی است: برتری کوانتومی برای یک مسئله مفید و عملی. پایان منبع: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/quantum-advances-2025-nobel-prize-physics/ #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ ۱۰ نظریهٔ عجیب دربارهٔ جهان: بخش اول: دانشمندان همواره مرزهای درک ما را گسترش می‌دهند و نظریه‌هایی ارائه می‌کنند که بیشتر شبیه داستان‌های علمی-تخیلی به نظر می‌رسند تا واقعیت.اما این‌ها صرفاً حدس‌های تصادفی نیستند.این‌ها تلاش‌های جدی برای توضیح رمز و رازهایی هستند که فیزیک استاندارد قادر به پاسخگویی به آن‌ها نیست.از پیشنهادهایی که می‌گویند ما درون یک هولوگرام زندگی می‌کنیم تا احتمال اینکه کل کیهان ما فقط یک حباب در میان بی‌نهایت حباب دیگر باشد،این نظریه‌های عجیب همه چیزهایی را که دربارهٔ وجود می‌دانیم به چالش می‌کشند.پس بیایید شروع کنیم و به عمیق‌ترین ایده‌ها دربارهٔ جهانمان بپردازیم. جهان هولوگرافیک: واقعیت به عنوان یک تصویر دوبعدی: تصور کنید کشف کنید که هر چیزی که می‌بینید،لمس می‌کنید و تجربه می‌کنید،فقط به عنوان اطلاعاتی رمزگذاری شده روی یک سطح دوبعدی دوردست وجود دارد.اصل هولوگرافیک پیشنهاد می‌کند که کل فضای-زمان چهاربعدی ما می‌تواند یک تصویر هولوگرافیک از واقعیتی با ابعاد کمتر باشد،درست مانند یک هولوگرام سه‌بعدی که از اطلاعات رمزگذاری شده روی یک سطح دوبعدی پدید می‌آید.این فقط یک حدس فلسفی نیست. واقعی‌ترین تحقق این اصل،همبستگی AdS/CFT است که توسط خوان مالداسنا توسعه یافته و نشان داد که یک نظریه پنج‌بعدی از فضای-زمان شامل گرانش می‌تواند همان سیستمی را توصیف کند که یک نظریه میدان کوانتومی با ابعاد کمتر و بدون گرانش توصیف می‌کند.این را این‌گونه تصور کنید: تمام فیزیک درون یک قوطی سوپ به طور نظری می‌تواند توسط معادلاتی که روی برچسبی که دور لبهٔ آن پیچیده شده نوشته شده است،توصیف شود.جهان ما چهاربعدی است با سه بعد فضا و یک بعد زمان،اما اگر واقعاً ابعاد اضافی وجود داشته باشند،جهان چهاربعدی ما می‌تواند فقط یک سطح هولوگرافیک باشد که اطلاعات موجود در ابعاد واقعی و بالاتر را حفظ می‌کند. #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ بخش هشتم: در واقع،این مدار الکترونیکی ابررسانا دارای سطوح انرژی کوانتیده است که تنها در مقادیر مشخصی انرژی را منتشر یا جذب می‌کند.این یک پیشرفت قابل توجه بود: نشان دادن اینکه یک سیستم عظیم و ماکروسکوپی،متشکل از کوینتیلیون‌ها ذره،از جمله تریلیون‌ها الکترون که از مدار ابررسانا عبور می‌کنند،می‌تواند توسط یک تابع موج واحد توصیف شود.آن تابع موج به نوبه خود احتمال مشاهده این سیستم کوانتومی در یک حالت خاص با ویژگی‌های معین و همچنین احتمال وقوع انتقال -به صورت خودبه‌خودی،حتی اگر به طور کلاسیک ممنوع باشد- از طریق فرآیند تونل‌زنی کوانتومی را تعیین می‌کند. در حالی که اثرات کوانتومی قبلی در مقیاس‌های ماکروسکوپی نشان داده شده بودند: لیزرها، ابررساناها، و مایعات ابرسیال، این اولین مجموعه آزمایش‌ها بود که شامل تعداد زیادی ذره به طور همزمان بود که به عنوان یک سیستم کوانتومی واحد عمل می‌کردند.این مانند داشتن نسخه‌ای مصنوعی و بزرگ‌مقیاس از یک اتم است،اما نسخه‌ای که هنوز طبیعت کوانتومی خود را حفظ کرده است: با سطوح انرژی کوانتیده و توانایی تونل‌زنی از یک حالت به حالت دیگر. بخشی از آنچه این کار را واقعاً شایسته نوبل می‌کند،به این معنا که پتانسیل تغییر جهان ما را دارد،آزمایش پیگیری است که توسط جان مارتینیس انجام شد،کسی که بعداً استاد دانشگاه UC سانتا باربارا شد: استفاده از دو حالت کم‌انرژی‌ترین این اتم‌های مصنوعی و ماکروسکوپی به عنوان کیوبیت حالت جامد. این معماری،مدار کیوبیت ابررسانا،در حال حاضر پایه و اساس کامپیوترهای کوانتومی با بالاترین عملکرد موجود است. تشریح تصویر زیر: همان‌طور که یک هسته اتمی رادیواکتیو می‌تواند در پیکربندی‌هایی با انرژی‌های متفاوت وجود داشته باشد که بر احتمال وقوع یک رویداد واپاشی تأثیر می‌گذارد،سیستم‌های مدار الکترونیکی ابررسانا ماکروسکوپی که رفتارهای ذاتی کوانتومی را نشان می‌دهند نیز می‌توانند چنین باشند.این نمونه‌ای دیگر از قدرت مدارهای الکترونیکی ابررسانا برای رفتار به عنوان سیستم‌های کوانتومی ماکروسکوپی و تونل زدن از یک حالت انرژی به حالت دیگر بود. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: آزمایش هوشمندانه: اگرچه این طرح بسیار بلندپروازانه بود،رویکرد دقیق و پالایش‌شده تیم نقش حیاتی داشت.به جای تلاش برای اندازه‌گیری مستقیم همبستگی‌های پیچیده بل،آن‌ها بر روی کاری تمرکز کردند که دستگاه‌های کوانتومی از قبل به خوبی انجام می‌دهند: کمینه‌سازی انرژی. این استراتژی موفقیت‌آمیز بود. با استفاده از ۷۳ کیوبیت روی یک پردازنده کوانتومی ابررسانا،پژوهشگران یک حالت کوانتومی منحصر به فرد ایجاد کردند و سطوح انرژی را به طور قابل توجهی پایین‌تر از آنچه هر سیستم کلاسیکی می‌توانست به دست آورد، ثبت کردند.نتایج به طرز چشمگیری متمایز بود و تفاوتی معادل ۴۸ انحراف معیار نشان داد که احتمال وقوع تصادفی آن عملاً وجود ندارد. اما تیم به اینجا اکتفا نکرد.آن‌ها به تأیید نوعی نادیده‌گرفته‌شده و دشوارتر از غیرمحلی بودن پرداختند؛که به عنوان همبستگی‌های بل چندبخشی واقعی شناخته می‌شود.در این نوع همبستگی کوانتومی،همه کیوبیت‌های سیستم باید درگیر باشند که تولید آن را بسیار دشوارتر و حتی تأیید آن را سخت‌تر می‌کند.به طور شگفت‌انگیزی،پژوهشگران موفق شدند یک سری از حالت‌های کم‌انرژی را آماده کنند که این آزمون را تا ۲۴ کیوبیت گذراندند و این همبستگی‌های ویژه را به طور مؤثری تأیید کردند. این نتیجه نشان می‌دهد که کامپیوترهای کوانتومی نه تنها بزرگ‌تر می‌شوند،بلکه در نمایش و اثبات رفتار واقعاً کوانتومی نیز بهتر عمل می‌کنند. چرا این مهم است: این مطالعه اثبات می‌کند که امکان تأیید رفتار عمیق کوانتومی در سیستم‌های بزرگ و پیچیده وجود دارد؛چیزی که قبلاً در این مقیاس انجام نشده بود.این یک گام بزرگ به سوی اطمینان از کوانتومی بودن واقعی کامپیوترهای کوانتومی است. این بینش‌ها تنها نظری نیستند.درک و کنترل همبستگی‌های بل می‌تواند ارتباطات کوانتومی را بهبود بخشد،رمزنگاری را امن‌تر کند و به توسعه الگوریتم‌های جدید کوانتومی کمک کند. تشریح تصویر زیر: (سمت چپ) عکس چیپ کوانتومی ابررسانا که در آزمایش استفاده شده است،(سمت راست) تصویر الگوی سیم‌کشی ۷۳ کیوبیتی که در آزمایش به کار رفته است. پایان منبع: https://scitechdaily.com/is-your-quantum-computer-faking-it-physicists-unveil-a-quantum-lie-detector/ #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش هفتم: این سیستم ماکروسکوپی به چندین روش مانند یک ذره منفرد رفتار می‌کند: جریان در آن جاری است،حتی بدون اعمال ولتاژ خارجی،درست مانند اینکه نوترون دارای گشتاور مغناطیسی است یا الکترون خاصیتی مانند اسپین یا تکانه زاویه‌ای ذاتی دارد. اگر سیستمی مانند اتم هیدروژن خنثی تشکیل دهید -جایی که یک الکترون و یک پروتون به هم متصل شده‌اند- احتمال ۵۰٪ وجود دارد که آن‌ها با اسپین‌های ضدهم‌راستا تشکیل شوند و ۵۰٪ احتمال دارد که با اسپین‌های هم‌راستا تشکیل شوند.هر طور که تشکیل شوند،نمی‌توانند آزادانه از یک پیکربندی به پیکربندی دیگر منتقل شوند؛این توسط قوانین مکانیک کوانتومی ممنوع است،زیرا اسپین کل سیستم حفظ نمی‌شود.با این حال،امکان گذار تونل‌زنی کوانتومی(که به آن گذار چرخش اسپین نیز گفته می‌شود)از حالت اسپین هم‌راستا به حالت ضدهم‌راستا وجود دارد: منشأ خط مشهور هیدروژن ۲۱ سانتی‌متر. به طور مشابه،سیستم ماکروسکوپی که تیم کلارک پیشگام آن بود،ابتدا در حالتی قرار دارد که جریان بدون هیچ ولتاژی جاری است.سیستم به طور کلاسیک در این حالت گرفتار است: گویی پشت یک مانع است که نمی‌تواند از آن عبور کند.اما حالت بدون ولتاژ،به طور تجربی،نشان داد که می‌توان از آن فرار کرد و به طور خودبه‌خودی به حالتی منتقل شد که در آن ولتاژ به طور خودبه‌خودی ظاهر می‌شود: نمونه‌ای از تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی. اگرچه سیستم ماکروسکوپی انرژی کافی برای غلبه بر مانعی که انتقال از حالت صفر ولتاژ را ممنوع می‌کند ندارد،این انتقال واقعاً اتفاق می‌افتد:از طریق تونل‌زنی کوانتومی.سؤال بعدی این بود که اگر بخواهید مقادیر خاصی از انرژی را به این سیستم کوانتومی ماکروسکوپی وارد کنید،چه اتفاقی می‌افتد؟ اگر سیستم،دوباره،مانند اتم هیدروژن بود،انتظار می‌رفت که فقط مقادیر خاصی از انرژی وجود داشته باشد که سیستم قادر به جذب آن باشد: انرژی‌هایی که متناظر با مقدار دقیق لازم برای تحریک انتقال سیستم از یک حالت کوانتومی به حالت دیگر است و برعکس،وقتی سیستم از حالت برانگیخته به حالت با انرژی پایین‌تر انتقال می‌یابد یا دِاکسایت می‌شود،انتظار می‌رود که فقط یک سری انتقال انرژی کوانتیده رخ دهد،درست همان‌طور که خطوط جذب و نشر که انتقال‌های لیمان،بالمر و پاشن (و سایر انتقال‌ها) را کنترل می‌کنند،تنها انتقال‌های انرژی مجاز برای هیدروژن هستند. برای این مدار الکترونیکی ابررسانای ماکروسکوپی،رفتار کوانتومی تنها زمانی بروز می‌کند که یک سری مقادیر خاص انرژی بتوانند جذب یا نشر شوند.علاوه بر این،احتمال وقوع یک انتقال کوانتومی خودبه‌خودی باید به مقدار کل انرژی موجود در سیستم در آن زمان بستگی داشته باشد: حالت‌های با انرژی بالاتر باید احتمال بیشتری برای تونل‌زنی کوانتومی نسبت به حالت‌های با انرژی پایین‌تر نشان دهند. تشریح تصویر زیر: در دنیای آشنای کلاسیک ما،توانایی رفتن از حالت ولتاژ صفر به حالت ولتاژ روشن نیازمند انرژی است،مانند چرخاندن یک کلید در مقیاس ماکروسکوپی.اما در دنیای کوانتومی،چنین گذار به طور خودبه‌خودی می‌تواند از طریق پدیده تونل‌زنی کوانتومی رخ دهد.مدار الکترونیکی ابررسانایی که توسط برندگان جایزه نوبل سال ۲۰۲۵ توسعه یافته بود،اولین سیستم ماکروسکوپی بود که این پدیده را نشان داد. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ آیا کامپیوتر کوانتومی شما دروغ می‌گوید؟ فیزیکدانان دستگاه دروغ‌یاب کوانتومی را معرفی کردند: بخش اول: یک آزمایش جدید رفتار عمیق کوانتومی را در سیستم‌های بزرگ‌مقیاس،از جمله همبستگی‌های چندبخشی تأیید می‌کند.آیا ممکن است تأیید کرد که یک سیستم کوانتومی بزرگ واقعاً اصول غیرمعمول مکانیک کوانتومی را دنبال می‌کند یا فقط ظاهر آن را دارد؟ در یک آزمایش پیشگامانه،فیزیکدانانی از لیدن،پکن و هانگژو به این سؤال پاسخ داده‌اند. در قلب تحقیقات آن‌ها چیزی است که می‌توان آن را دستگاه دروغ‌یاب کوانتومی نامید: آزمایش بل،که توسط فیزیکدان جان بل توسعه یافته است.این آزمایش می‌تواند تعیین کند که آیا سیستمی مانند کامپیوتر کوانتومی واقعاً از اثرات کوانتومی بهره می‌برد یا فقط آن‌ها را تقلید می‌کند. با پیشرفت فناوری کوانتومی،نیاز به روش‌های دقیق‌تر برای تأیید رفتار واقعی کوانتومی افزایش می‌یابد.در این تحقیق جدید، تیم با بررسی همبستگی‌های بل در سیستم‌هایی با حداکثر ۷۳ کیوبیت،واحدهای بنیادی کامپیوتر کوانتومی،مرزها را گسترش داد. این کار توسط تیمی بین‌المللی از پژوهشگران انجام شد.این تیم شامل فیزیکدانان نظری جوردی تورا،پاتریک امونتز و دانشجوی دکتری منگیاو هو از دانشگاه لیدن،همراه با همکارانی از دانشگاه تسینگ‌هوا در پکن و فیزیکدانان آزمایشی از دانشگاه ژجیانگ در هانگژو بود. #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش ششم: کلید کار استفاده از یک پدیده ذاتی کوانتومی دیگر بود: پدیده ابررسانایی،برای ایجاد یک مدار الکترونیکی که بتواند جریان الکتریکی را بدون هیچ مقاومتی هدایت کند. برای اکثر مواد رسانا،مقاومت با کاهش دما به صورت پیوسته و قابل پیش‌بینی کاهش می‌یابد.اما برای برخی مواد، وقتی دما به زیر یک دمای بحرانی می‌رسد،مقاومت ناگهان به صفر می‌رسد:حالتی که به آن ابررسانایی می‌گویند.در حالی که برخی تحقیقات بر شناسایی خواص مختلف مواد ابررسانا و حالات مختلف ابررسانایی تمرکز دارند،تیم کلارک بر ترکیب خواص منحصر به فرد ابررسانا با پدیده تونل‌زنی کوانتومی تمرکز کرد تا یک مدار الکترونیکی ماکروسکوپی ایجاد کند که رفتار ذاتی کوانتومی از خود نشان دهد. کلید کار استفاده از ساختاری به نام پیوند جوزفسون بود که توسط برنده جایزه نوبل،برایان جوزفسون،در سال ۱۹۶۲ معرفی شد.همانطور که ذرات باردار در حال حرکت در یک رسانا(یعنی جریان الکتریکی)می‌توانند جریان‌ها و میدان‌های مغناطیسی را در مواد اطراف القا کنند،جریان‌های الکتریکی درون یک ابررسانا نیز می‌توانند پدیده‌های الکترومغناطیسی،از جمله جریان‌ها و میدان‌ها را در ابررساناهای مجاور و نزدیک القا کنند.کار جوزفسون به فیزیکدانان امکان پیش‌بینی چگونگی القای خواصی مانند جریان و ولتاژ در فضای بین دو ابررسانا را داد و کار کلارک بر اساس این ایده بنا شد.با جدا کردن دو ابررسانا با یک لایه نازک از ماده غیررسانا -یعنی یک پیوند جوزفسون- کلارک و تیمش توانستند سیستمی ایجاد کنند که گویی یک ذره کوانتومی واحد است: ذره‌ای که کل مدار را پر می‌کند. تشریح تصویر زیر: این انیمیشن نموداری از یک هادی معمولی با الکترون‌های جفت‌نشده (1)،یک ابررسانا با الکترون‌هایی که به صورت جفت‌های کوپر در آمده‌اند (2) و یک مدار ابررسانای کامل شده که به عنوان یک سیستم کوانتومی واحد رفتار می‌کند را نشان می‌دهد.این انیمیشن نمودار فنی نحوه عملکرد معماری سیستم کوانتومی واحد را که توسط برندگان جایزه نوبل سال ۲۰۲۵ طراحی شده است،نمایش می‌دهد. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: طراحی مولکول‌ها برای کارایی: دکتر پتری مورتو در دپارتمان شیمی یوسف حمید ساختارهای مولکولی را توسعه داد که امکان تنظیم تماس مولکول به مولکول و تعادل انرژی تحت حاکمیت فیزیک موت-هابارد را فراهم می‌کند که برای دستیابی به جداسازی بار لازم است.این پیشرفت به این معناست که ممکن است بتوان سلول‌های خورشیدی را از یک ماده سبک،کم‌هزینه و تک‌ساخت ساخت. این کشف اهمیت تاریخی عمیقی دارد.نویسنده ارشد مقاله،پروفسور سر ریچارد فرند،در اوایل دوران کاری خود با سر نوویل موت تعامل داشت.این یافته در همان سالی منتشر می‌شود که ۱۲۰مین سالگرد تولد موت است و ادای احترامی شایسته به فیزیکدان افسانه‌ای است که کارهایش درباره تعاملات الکترونی در سیستم‌های بی‌نظم پایه‌ای برای فیزیک ماده چگال مدرن گذاشت. پروفسور فرند گفت: احساس می‌کنم که یک چرخه کامل شده است.بینش‌های موت پایه‌ای برای حرفه من و درک ما از نیمه‌هادی‌ها بود.اکنون دیدن این قوانین عمیق مکانیک کوانتومی که در یک کلاس کاملاً جدید از مواد آلی ظاهر می‌شوند و استفاده از آن‌ها برای برداشت نور واقعاً خاص است. پروفسور برانشتاین گفت: ما فقط در حال بهبود طرح‌های قدیمی نیستیم.ما در حال نوشتن فصل جدیدی در کتاب درسی هستیم که نشان می‌دهد مواد آلی قادرند به تنهایی بار تولید کنند. تشریح تصویر زیر: سطوح انرژی پایه موت-هابارد پایان منبع: https://scitechdaily.com/cambridge-scientists-unlock-century-old-quantum-secret-that-could-revolutionize-solar-power/ #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش پنجم: سیستم‌های کوانتومی،در واقع،محدود به رفتار کلاسیکی که به طور سنتی انتظار می‌رفت نبودند،بلکه می‌توانستند به طور خودبه‌خودی به یک حالت نهایی منتقل شوند -حالتی که موانعی را که به صورت کلاسیکی مانع رسیدن آن‌ها می‌شد، پشت سر می‌گذارد- از طریق این پدیده ذاتی کوانتومی به نام تونل‌زنی.با این حال،توانایی تونل‌زنی کوانتومی معمولاً محدود به ذراتی بود که با ذرات دیگر یا محیط‌هایشان تعامل نداشتند.اگر شما به طور مداوم با یک ذره در حالت حداقل کاذب یا دره به معنای کلاسیکی،تعامل می‌کردید(یا آن را مشاهده می‌کردید)،آن ذره هرگز تونل نمی‌زد: پدیده‌ای که به عنوان نسخه کوانتومی پارادوکس زنو شناخته می‌شود. به طور کلی تصور می‌شد که تونل‌زنی کوانتومی فقط در این مقیاس‌های بسیار کوچک و میکروسکوپی قابل انجام است و تحقق این پدیده در مقیاس‌های ماکروسکوپی غیرممکن است.برای تقریباً ۶۰ سال پس از آنکه اولین درک ما از تونل‌زنی کوانتومی شکل گرفت،این موضوع واقعاً درست بود.اما همه این‌ها با مجموعه‌ای از آزمایش‌ها در سال‌های ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵ که توسط سه دانشمند در دانشگاه کالیفرنیا،برکلی انجام شد،تغییر کرد: جان کلارک،استادیار و مهاجری از بریتانیا که آزمایشگاه متعلق به او بود، میشل اچ. دوورِه،پژوهشگر پسادکتری او که از فرانسه به ایالات متحده مهاجرت کرده بود، و جان ام. مارتینیس،دانشجوی تحصیلات تکمیلی او از ایالات متحده. در نهایت این سه نفر و کار پیشگامانه‌شان بودند که جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۵ را دریافت کردند. تشریح تصویر زیر: این انیمیشن شبیه‌سازی یک بسته موج را نشان می‌دهد که به سمت راست حرکت می‌کند و به یک مانع انرژی پتانسیل بلند اما نازک برخورد می‌کند.حل مسئله توسط معادله شرودینگر وابسته به زمان توصیف شده است که نشان می‌دهد بیشتر تابع احتمال بسته موج بازتاب می‌یابد،اما بخش کوچکی از آن به طرف دیگر مانع منتقل می‌شود که پدیده تونل‌زنی کوانتومی را به نمایش می‌گذارد. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: تعاملات کوانتومی در عمل: بیوِن لی،پژوهشگر اصلی در آزمایشگاه کاوندیش توضیح داد: این جادوی واقعی است. در بیشتر مواد آلی،الکترون‌ها جفت شده‌اند و با همسایگان خود تعامل ندارند.اما در سیستم ما،وقتی مولکول‌ها کنار هم جمع می‌شوند،تعامل بین الکترون‌های جفت‌نشده در سایت‌های همسایه باعث می‌شود که آن‌ها به صورت متناوب به سمت بالا و پایین تراز شوند که نشانه‌ای از رفتار موت-هابارد است.هنگام جذب نور،یکی از این الکترون‌ها به نزدیک‌ترین همسایه خود می‌پرد و بارهای مثبت و منفی ایجاد می‌کند که می‌توان آن‌ها را استخراج کرد تا جریان فوتوالکتریکی (برق) تولید شود. تیم تحقیقاتی این موضوع را با ساخت یک سلول خورشیدی از فیلم P3TTM نشان داد.وقتی نور به دستگاه برخورد کرد،بازده جمع‌آوری بار نزدیک به یک را به دست آورد،به این معنی که تقریباً هر فوتون نور به بار الکتریکی قابل استفاده تبدیل شد.در سلول‌های خورشیدی نیمه‌رسانای مولکولی معمولی،تبدیل فوتون جذب شده به الکترون‌ها و حفره‌ها (برق) تنها در مرز بین دو ماده مختلف که یکی دهنده الکترون و دیگری گیرنده الکترون است،امکان‌پذیر است و این موضوع بازده کلی را کاهش می‌دهد. در مقابل،برای این مواد جدید، پس از جذب فوتون،حرکت الکترون از یک مولکول به مولکول همسان همسایه به صورت انرژی پایین‌دست است و بدین ترتیب بارهای الکتریکی ایجاد می‌شود.انرژی مورد نیاز برای این فرآیند که اغلب هابارد U نامیده می‌شود،انرژی الکتروستاتیکی شارژ برای اشغال دوگانه الکترون در مولکولی است که بار منفی گرفته است. تشریح تصویر زیر: یک فیلم نازک از حالت برانگیخته دوگانه رادیکال نور قرمز ساطع می‌کند. #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش چهارم: ایدهٔ تابع موج کوانتومی تنها در سال ۱۹۲۶ و با ظهور معادله شرودینگر به صورت رسمی وارد مکانیک کوانتومی شد.تنها یک سال بعد،فریدریش هوند،فیزیکدان کوانتومی،این معادله را برای ذره‌ای در یک دره به کار برد:یک حداقل کاذب.وقتی آن ذره -که اکنون توسط تابع موج توصیف می‌شد- به مانعی که دیوارهای بلند در لبهٔ دره را نشان می‌داد برخورد کرد،رایج‌ترین رفتار،با بیشترین احتمال،رفتار برگشت بود که نشانهٔ حالت کلاسیک بود.با این حال،احتمال کمی اما قابل توجه و غیرصفر وجود داشت که ذره بتواند از آن مانع عبور کند و از طرف دیگر بیرون بیاید: که منشأ پدیده‌ای است که اکنون به عنوان تونل‌زنی کوانتومی می‌شناسیم. همانطور که آب عمیق حتی موجی با دامنه کوچک که در آب‌های کم‌عمق شروع شده را به طور کامل از بین نمی‌برد،یک مانع نیز احتمال موقعیت ذره را خارج از هر دره‌ای که در آن گرفتار شده به صفر نمی‌رساند:حتی در طرف دیگر مانع.پیش از سال ۱۹۳۰،تونل‌زنی به طور مستقل دوباره توسط ماندلستام و لئونتوویچ کشف شد و یک دسته از واپاشی‌های رادیواکتیو(واپاشی آلفا)اتم‌ها توانستند نیمه‌عمر خود را از طریق احتمال ریاضی تونل‌زنی کوانتومی به حالت واپاشیده توضیح دهند: کاری که توسط جورج گاموف و به طور مستقل توسط گورنی و کندون انجام شد. تشریح تصویر زیر: موج آبی که از آب کم‌عمق به آب عمیق حرکت می‌کند،به نظر می‌رسد که به دامنه‌های موج پایین‌تر،طول موج‌های بلندتر و سطح آب آرام‌تر و پایدارتر تغییر می‌کند.با این حال،موج حتی در آن آب‌های عمیق نیز به حرکت خود ادامه می‌دهد و وقتی دوباره به آب‌های کم‌عمق می‌رسد،آن امواج تجمع می‌یابند،به دامنه‌های بالاتر می‌رسند،فاصله موج‌ها به کوتاه‌تر می‌شود و موج‌های شکسته و برخوردی ایجاد می‌کنند یا در یک سناریوی شدید،حتی سونامی به وجود می‌آورند. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ دانشمندان کمبریج راز کوانتومی صد ساله‌ای را کشف کردند که می‌تواند انقلابی در انرژی خورشیدی ایجاد کند: دانشمندان کمبریج مکانیزم کوانتومی پنهانی را در یک نیمه‌رسانای آلی کشف کرده‌اند که می‌تواند انرژی خورشیدی را متحول کند. بخش اول: در یافته‌ای که تحقیقات مدرن را با ایده‌های یک قرن پیش پیوند می‌دهد،دانشمندان رفتاری را در یک نیمه‌رسانای آلی شناسایی کرده‌اند که پیش‌تر تصور می‌شد فقط در اکسیدهای فلزی غیرآلی رخ می‌دهد.تیمی به رهبری دانشگاه کمبریج روشی پیش‌تر ناشناخته برای تبدیل نور به انرژی الکتریکی گزارش کرده است.این پیشرفت می‌تواند با امکان ساخت پنل‌های خورشیدی سبک‌تر،ارزان‌تر و ساده‌تر از یک ماده واحد،انرژی خورشیدی و الکترونیک را دگرگون کند. تحقیقات بر روی یک نیمه‌رسانای آلی رادیکال اسپین به نام P3TTM متمرکز است.یک الکترون تنها و جفت‌نشده در هسته آن قرار دارد که به مولکول خواص مغناطیسی و الکترونیکی متمایزی می‌بخشد.این پروژه گروه شیمی سنتزی پروفسور هوگو برونشتاین در دپارتمان شیمی یوسف حمید را با گروه فیزیک نیمه‌رسانا به رهبری پروفسور سر ریچارد فرند در دپارتمان فیزیک ترکیب می‌کند. آنها این کلاس از مولکول‌ها را برای ایجاد لومینسانس بسیار کارآمد توسعه داده‌اند،همانطور که در LEDهای آلی استفاده می‌شود،اما مطالعه جدید که در Nature Materials منتشر شده است،استعداد پنهان آنها را نشان می‌دهد: وقتی به هم نزدیک می‌شوند،الکترون‌های جفت‌نشده آنها به روشی بسیار مشابه با عایق مَت-هابارد تعامل می‌کنند. #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: اما در فیزیک کوانتومی،راه دیگری وجود دارد.این چیزهایی که ما به عنوان توپ یا مولکول یا الکترون می‌شناسیم،از دیدگاه کلاسیک همیشه به عنوان ذرات رفتار می‌کنند: موجوداتی با موقعیت‌ها و تکانه‌های ثابت و دقیق در هر لحظه از زمان. بخشی از انقلاب کوانتومی اوایل قرن بیستم،گاما،این بود که حتی چیزی به سادگی موقعیت یک موجود کوانتومی به صورت یک مقدار دقیق و واحد توصیف نمی‌شود،بلکه توسط توزیع احتمالی گسترده‌ای که بهتر با رفتار موجی توصیف می‌شود،بیان می‌گردد. ایده‌ی انتشار امواج از میان یک مانع مدت‌هاست که وجود دارد،حتی پیش از پیدایش مکانیک کوانتومی.در واقع،مطالعه پدیده‌های موجی را می‌توان به آزمایش‌های اولیه‌ای در قرن هفدهم با امواج آب نسبت داد که توسط پیشگامانی مانند کریستیان هویگنس انجام شد،کسی که فهمید همه امواج می‌توانند به عنوان ترکیبی از امواج دایره‌ای متعدد که به سمت بیرون منتشر می‌شوند،در نظر گرفته شوند.اگر موجی صفحه‌ای -موجی مستقیم‌الخط- را در یک استخر کم‌عمق آب در نظر بگیرید،قله‌های موج بزرگ،بلند و به هم فشرده خواهند بود: که به صورت موجی با دامنه بزرگ ظاهر می‌شود.اگر سپس عمق آب را به طور چشمگیری افزایش دهید،به نظر می‌رسد موج کاملاً ناپدید شده است،زیرا ارتفاع کاهش یافته و طول موج افزایش می‌یابد. با این حال،در واقعیت،بخشی از انرژی اولیه آن موج حتی از مانع آب بسیار عمیق نیز عبور می‌کند.وقتی موج دوباره به آب کم‌عمق می‌رسد،رفتار موجی دوباره ظاهر می‌شود و ممکن است منجر به امواج بزرگ و برخوردی در ساحل شود. تشریح تصویر زیر: در بسیاری از موارد فیزیکی،ممکن است خود را در یک حداقل محلی و نادرست گرفتار بیابید که قادر به رسیدن به حالت کم‌انرژی‌ترین که به آن حداقل واقعی گفته می‌شود،نیستید.چه با دریافت یک ضربه برای عبور از مانع که می‌تواند به صورت کلاسیک رخ دهد و چه با استفاده از مسیر صرفاً مکانیک کوانتومی تونل‌زنی کوانتومی،رفتن از یک حالت به حالت دیگر همیشه ممکن است تا زمانی که هیچ قانون بنیادی پایستگی نقض نشود.این نمونه‌ای از انتقال فاز مرتبه اول است،نه یک انتقال نرم (مرتبه دوم) بدون هیچ حداقل نادرستی. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: در چندین حوزه علمی،مانند فیزیک و شیمی،اغلب ایدهٔ بودن در یک حالت انرژی خاص را به صورت وجود داشتن در یک درهٔ واحد در میان مجموعه‌ای از قله‌ها و دره‌ها تجسم می‌کنیم.اگر با یک توپ در بالای تپه شروع کنید و آن را رها کنید،توپ به پایین تپه می‌غلتد،انرژی و سرعت می‌گیرد،معمولاً از روی برآمدگی‌ها یا اطراف موانع عبور می‌کند و سپس وقتی به یک سطح صاف می‌رسد سرعتش کاهش می‌یابد و اغلب درون یک دره متوقف می‌شود.این فقط برای توپ‌هایی که از تپه پایین می‌روند اتفاق نمی‌افتد،بلکه برای بارانی که در گودال‌ها،برکه‌ها و دریاچه‌ها جمع می‌شود،برای مولکول‌هایی که به یک پیکربندی خاص تا می‌شوند و حتی برای الکترون‌هایی که به یک حالت انرژی پایدار یا نیمه‌پایدار سقوط می‌کنند نیز صادق است. از دیدگاه کلاسیک،توقف در این دره -چه دره‌ای فیزیکی باشد یا صرفاً یک دره انرژی- راه فرار واضح است: باید به هر چیزی که در آن دره گرفتار شده است یک ضربه انرژی بدهید.آن ضربه می‌تواند از انرژی مکانیکی،الکتریکی یا شیمیایی باشد،اما تنها راه خروج از دره این است که سیستم خود را از آن پیکربندی گیر کرده خارج کنید: چه توپ در دره گیر کرده باشد،چه مولکولی در یک پیکربندی غیر ایده‌آل یا الکترونی که در حالتی است که حالت پایه واقعی سیستم نیست.به طور کلاسیک،اگر انرژی کافی برای عبور از پایین‌ترین لبه دره‌ای که در آن گیر کرده‌اید نداشته باشید (یا دریافت نکنید)،محکوم به ماندن در آنجا هستید. تشریح تصویر زیر: وقتی یک توپ از بالای تپه شروع می‌کند و رها می‌شود،به سمت پایین می‌غلتد تا به نقطه‌ای پایین‌تر برسد که اغلب در حالت کمینه واقعی یعنی پایین‌ترین دره ممکن متوقف می‌شود،اما گاهی اوقات در یک کمینه کاذب متوقف می‌شود یا حالتی که انرژی کافی برای فرار به حالت انرژی پایین‌تر را ندارد.در دنیای کلاسیک،باید از مانع دیوارهای اطراف دره خود عبور کنید.اما در دنیای کوانتومی،تونل‌زنی کوانتومی مسیر متفاوتی برای فرار فراهم می‌کند. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپی برنده جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ شد: مکانیک کوانتومی ابتدا در مقیاس‌های کوچک و میکروسکوپی کشف شد.جایزه نوبل ۲۰۲۵ دنیای کوانتومی و مقیاس‌های بزرگ را به هم پیوند می‌دهد. بخش اول: وقتی بیشتر ما به مکانیک کوانتومی فکر می‌کنیم،به رفتارهای عجیب،نامعین و ذاتی موج‌مانند در مقیاس‌های کوچک،میکروسکوپی و حتی زیراتمی فکر می‌کنیم.اما مکانیک کوانتومی لزوماً درباره چیزهای بسیار کوچک نیست؛بلکه درباره مجموعه‌ای از ویژگی‌های ذاتی همه سیستم‌هاست.فقط این‌که رفتار ذاتی کوانتومی در مقیاس‌های بزرگ و ماکروسکوپی دشوار به مشاهده است.به همین دلیل جایزه نوبل ۲۰۲۵ که درباره پیشرفت‌های کوانتومی مرتبط با مقیاس‌های ماکروسکوپی است،از تونل‌زنی کوانتومی تا جریان‌های بدون ولتاژ،واقعاً نمایانگر پیشرفت قابل توجهی در فیزیک کاربردی است. در دنیای کلاسیک،اگر یک توپ را به دیوار محکمی پرتاب کنید،آن دیوار نفوذناپذیر خواهد بود و توپ به عقب بازمی‌گردد.این کار را صد بار،هزار بار،یا یک میلیون بار انجام دهید،نتیجه همیشه یکسان خواهد بود.تا زمانی که دیوار سالم بماند،توپ همیشه در همان سمت اولیه دیوار باقی خواهد ماند. اما در دنیای کوانتومی،اوضاع کمی متفاوت است.اگر یک ذره زیراتمی مانند الکترون را به مانعی شلیک کنید -چه آن مانع یک سد فیزیکی ساخته شده از اتم‌ها باشد یا صرفاً یک سد انرژی که ذره انرژی کافی برای عبور از آن ندارد- بیشتر الکترون‌ها بازمی‌گردند.اما این احتمال وجود دارد،که بستگی دارد به: سرعت و انرژی الکترون، ارتفاع و ضخامت سد (فیزیکی یا انرژی)، و قوانین فیزیک کوانتومی، که الکترون بازنگردد، بلکه از طریق تونل‌زنی به طرف دیگر عبور کند. برای مدت طولانی،بسیاری فکر می‌کردند این نوع پدیده کوانتومی فقط در مقیاس‌های کوچک و میکروسکوپی اهمیت دارد.اما با تنظیمات مناسب،تونل‌زنی کوانتومی می‌تواند در سیستم‌های ماکروسکوپی،از جمله مدارهای الکترونیکی مشاهده شود.این امکان نه تنها مشاهده اثرات ذاتی کوانتومی در مقیاس بزرگ را فراهم می‌کند،بلکه توانایی ایجاد نوع جدیدی از کامپیوتر را نیز می‌دهد:کامپیوتر کوانتومی. این‌گونه است که پژوهش‌هایی که بیش از ۴۰ سال پیش آغاز شده‌اند، به مرزهای جدیدی در فیزیک مدرن و همچنین جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵ منجر شده‌اند. تشریح تصویر زیر: اکثر ما با تجربه پرتاب توپ به دیوار آشنا هستیم؛تا زمانی که دیوار سالم باقی بماند،توپ همیشه بازمی‌گردد و هرگز از دیوار عبور نمی‌کند.این در دنیای کلاسیک درست است،اما در دنیای کوانتومی،همیشه احتمال مثبت و غیرصفر برای تونل‌زنی کوانتومی وجود دارد،همان‌طور که در پنل سمت راست نشان داده شده است.جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۵ به اولین سیستم کوانتومی ماکروسکوپی که این پدیده را نشان داد،اهدا شد. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی #جایزه_نوبل @Einstein_astronomy

‍ بخش هفتم: اما اخیراً،رابطه بین فیزیکدانان و فیلسوفان در پایین‌ترین حد خود بوده است.استیون هاوکینگ به طور مشهور اعلام کرد که فلسفه مرده است و ریچارد فاینمن چیزهایی گفت مانند فیلسوفان به اندازهٔ پرنده‌شناسان برای پرندگان مفید هستند.آنچه آن‌ها نمی‌دانند این است که،اولاً،آن‌ها با اظهار نظر دربارهٔ معنای انجام علم،در واقع فلسفه می‌کنند؛و دوم،دیدگاه کلی آن‌ها نسبت به علم تحت تأثیر تفکر پراگماتیسم آمریکایی و فیلسوفانی مانند کارل پوپر و توماس کوهن است.چیزی که جامعه فیزیک از این فیلسوفان برداشت کرد این بود که علم دربارهٔ انتخاب ایده‌های جدید از هوا،توسعه نظریه و آزمایش درست یا نادرست بودن آن است.این برداشت نادرست را ایجاد می‌کند که پیشرفت علمی فقط در بینش‌های تغییر دهنده پارادایم که تفکر قبلی را واژگون می‌کنند رخ می‌دهد و همه فرضیه‌های جدید تا زمانی که رد نشوند به یک اندازه محتمل هستند.اما علم بسیار فراتر از این است.علم فرایندی پیوسته برای ساختن بر دانش گذشته به منظور تصحیح دیدگاه ماست. به نظر من،این ذهن بسته دقیقاً مشکل فیزیک نظری مدرن است.ما در حال گذر از جهش عظیمی در دانش هستیم که ما را مجبور به بازاندیشی مفاهیم واقعیت،اطلاعات،زمان و فضا می‌کند.جامعه ما زمان زیادی را صرف جستجوی ایده‌های فرضی کرده است.چیزی که ما به آن نیاز داریم،هضم دانشی است که در حال حاضر داریم و برای این کار،به فلسفه نیاز داریم.فیلسوفان به ما کمک می‌کنند تا پاسخ‌های درست به سوالات داده شده را پیدا نکنیم،بلکه سوالات درست را برای مفهوم‌سازی بهتر واقعیت بیابیم. ایده اصلی مکانیک کوانتومی رابطه‌ای این است که وقتی درباره یک شیء صحبت می‌کنیم -چه اتم باشد،چه یک انسان یا کهکشان- هرگز فقط به سیستم به تنهایی اشاره نمی‌کنیم.بلکه همیشه به تعاملات بین این سیستم و چیز دیگری اشاره داریم.ما فقط می‌توانیم یک چیز را توصیف کنیم -و در واقع بفهمیم- به گونه‌ای که به خودمان یا دستگاه‌های اندازه‌گیری ما مرتبط باشد. ناگارجونا ایده‌ای بسیار مشابه بیان می‌کند: هیچ موجودیتی وجود مستقل و واقعی ندارد؛چیزها فقط به یکدیگر وابسته‌اند.با کنار گذاشتن موجودات اولیه یا هر واقعیت مطلق نهایی،می‌توانیم بهتر جهان را از نظر چگونگی ظهور چیزها به چیزهای دیگر درک کنیم. مکانیک کوانتومی رابطه‌ای از ایده‌های مشابهی برای فهمیدن تمام پارادوکس‌های کوانتومی به روشی دقیق و ریاضی استفاده می‌کند.ایده اصلی این است که سوالاتی درباره اینکه چیزها واقعاً چگونه هستند،به صورت مطلق،کنار گذاشته شود.این درست مانند آموزه‌های گالیله است که پرسیدن: آیا این شیء واقعاً در حال حرکت است؟ بی‌معنی است و اینشتین که پرسیدن: آیا این دو رویداد واقعاً همزمان هستند؟ بی‌معنی است.به نظر من،سردرگمی درباره مکانیک کوانتومی ناشی از پرسیدن سوالاتی است که معنایی ندارند.پاسخ معما این است که معما وجود ندارد. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/carlo-rovellis-radical-perspective-on-reality-20251029/ #کارلو_روولی #فضازمان @Einstein_astronomy