ميكانيكا الكم في عامها المئة: ثورة لا تزال مستمرة

في عام 2025، يحتفل العالم بمعلم تاريخي: مرور 100 عام على الولادة الرسمية لـميكانيكا الكم—مجال أعاد تعريف فهمنا للكون بشكل أساسي. وقد اعترفت الأمم المتحدة بهذا العام كـالسنة الدولية لعلوم وتكنولوجيا الكم، حيث يحتفل هذا المئوي بثورة علمية لا تزال مستمرة بقوة.

تمامًا كما غيرت نظرية التطور علم الأحياء، أعادت نظرية الكم تشكيل الفيزياء. ما بدأ باستكشافات مبكرة لكيفية امتصاص الطاقة أو انبعاثها في حزم مكممة تطور إلى إطار كامل يشرح سلوك المادة والطاقة على أصغر المقاييس. دخلت كلمة كم، من اللاتينية quantus (”كم المقدار“)، إلى اللغة العلمية بفضل العمل الرائد لماكس بلانك وألبرت أينشتاين في أوائل القرن العشرين. مهدت أفكارهما الطريق للتطوير الكامل لـفيزياء الكم في عام 1925.

في ذلك العام نفسه، وبينما كان يكافح حمى القش في جزيرة هيليغولاند، كتب فيرنر هايزنبرغ ورقة ثورية أعادت صياغة المفاهيم الكلاسيكية للقوة والحركة. سرعان ما تم استكمال عمله بواسطة ميكانيكا الموجة لإرفين شرودنغر، مقدمًا صياغة بديلة أدخلت مفارقة قطة شرودنغر الشهيرة الآن، وهي تجربة فكرية لا تزال تستخدم لشرح غرابة فيزياء الكم حتى اليوم.

ما وراء التفكير الكلاسيكي

بدلاً من التخلي عن الفيزياء الكلاسيكية، كشفت ميكانيكا الكم أن سلوك الجسيمات دون الذرية يتحدى البديهة اليومية. لم تعد الجسيمات تتبع مسارات دقيقة؛ بدلاً من ذلك، توجد في حالات احتمالية حتى يتم قياسها. هذا السلوك الغريب يكمن في قلب مشكلة القياس، وهي لغز لا يزال العلماء يتصارعون معه.

ومع ذلك، أصبحت نظرية الكم لا غنى عنها. فهي تشرح كيفية ترابط الذرات، وكيف يتصرف الإشعاع الكهرومغناطيسي، وحتى كيف تحترق النجوم وتموت. من بنية المادة إلى طبيعة الكهرومغناطيسية، تتضمن ميكانيكا الكم في كل شيء من تصميم المغناطيسات الكهربائية إلى وظيفة أجهزة الاستشعار.

تقنيات الكم في الحياة اليومية

بعيدًا عن كونها مجردة، تعمل تقنيات الكم على تحويل الحياة الحديثة. تعمل مبادئ نظرية الكم على تشغيل الترانزستورات في كل جهاز رقمي، وتمكّن الساعات فائقة الدقة، وتدفع الابتكارات في الحوسبة الكمومية والاتصالات الآمنة. لم تعد هذه التقنيات مقتصرة على مختبرات البحث—فهي تشكل مستقبل الطب والدفاع وأمن البيانات.

احتفال عالمي بعلوم الكم

لتكريم قرن من الاكتشافات، سيشهد عام 2025 مجموعة من الفعاليات الدولية. تبدأ الاحتفالات في مقر اليونسكو في باريس، تليها جلسات خاصة في الاجتماع السنوي للجمعية الفيزيائية الأمريكية في كاليفورنيا. كما ستقام عودة رمزية إلى هيليغولاند في يونيو، حيث سيتأمل الفيزيائيون في إرث هايزنبرغ.

في غانا، التي أدى اقتراحها إلى تعيين الأمم المتحدة، من المقرر عقد مؤتمر كبير في كوماسي. في غضون ذلك، ستستضيف البرازيل تجمعًا لمؤرخي العلوم في سلفادور دي باهيا لاستكشاف التأثير العالمي والمساهمين الأقل شهرة في فيزياء الكم.

من بين تلك الأصوات العلماء المهملون مثل لوسي منسينغ، متعاونة هايزنبرغ، التي قدمت مساهمات مبكرة في الجسيمات والمجالات لكنها لم تحظ بالاعتراف إلى حد كبير. ستظهر قصتها، إلى جانب قصص أخرى، في المنشور الجديد المرأة في تاريخ فيزياء الكم.

الطريق إلى الأمام: أعمال الكم غير المكتملة

على الرغم من نجاحاتها الهائلة، لا تزال ميكانيكا الكم غير مكتملة. لقد ساعدت في توحيد العديد من جوانب الفيزياء، مما أدى إلى النموذج المعياري للجسيمات والمجالات والاكتشاف البارز لبوزون هيغز في عام 2012. ومع ذلك، لا تزال ألغاز المادة المظلمة والجاذبية الكمومية—محاولة التوفيق بين الجاذبية وقوانين الكم، غير محلولة.

مع تقدم البحث، تستمر أسئلة جديدة في الظهور. ماذا يحدث حقًا أثناء القياس؟ هل يمكننا بناء حواسيب كمومية متسامحة مع الأخطاء؟ كيف يمكننا تسخير السلوك الكمومي لتطوير الجيل التالي من أجهزة الاستشعار؟

التطلع إلى المستقبل

بينما نحتفل بمرور 100 عام على علوم الكم، نحن لا ننظر إلى الوراء فحسب—بل ندعو عقولًا جديدة للانضمام. قد تأتي الاختراقات القادمة في فيزياء الكم من أماكن غير متوقعة، وسيحمل طلاب ومبتكرو اليوم الشعلة إلى الأمام.
في تكريم هذه الذكرى المئوية، نحتفل ليس فقط بنظرية، ولكن بسعي حي ومتطور لفهم طبيعة الواقع نفسه، حزمة مكممة تلو الأخرى.