Нобелевскую премию по физике 2025 года получили Джон Кларк, Майкл Деворе, а также Джон Мартинис «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи».

Джон Кларк. Источник: physics.berkeley.edu.

Майкл Деворе. Источник: engineering.yale.edu.

Джон Мартинис. Источник: www.cornell.edu.

В 2025 году исполняется 100 лет со времени создания современной квантовой механики, и поэтому Организация Объединённых Наций объявила его Международным годом квантовой науки и технологий. Так что совершенно закономерно присуждение очередной Нобелевской премии по физике за достижение именно в этом разделе естествознания. Любопытен, однако, выбор темы. Современные представления о макромире и микромире сложились как раз в ходе становления и осмысления квантовой теории. Объекты исследования доквантовой физики, получившей название классической, составили макромир, а объекты, для которых разрабатывалась квантовая теория, образовали микромир. Первоначально речь шла о процессах атомного масштаба. Долгое время эти миры противопоставлялись друг другу, поскольку объекты микромира обладали так называемыми квантовыми свойствами, которые были просто немыслимы в макромире. И именно лауреаты премии 2025 года сумели разработать макроскопическую систему, ведущую себя как частица микромира и демонстрирующую квантовые свойства, объединив тем самым оба мира.

Квантовая физика, которой суждено было произвести революцию в физике и технологиях, родилась вместе с XX веком. Отцом её стал Макс Планк, который, пытаясь решить проблемы излучения света, в 1900 году ввёл понятие кванта — порции излучаемой энергии. Так что мы можем отмечать и 125-летие этого события. В становлении новой науки, растянувшемся на четверть века, участвовала целая плеяда выдающихся физиков. Среди них были Альберт Эйнштейн, который в 1905 году поверил в реальность квантов света как частиц-корпускул и использовал их для объяснения физических явлений; Нильс Бор, который в 1913 году встроил кванты в свою модель атома; и, конечно, Луи де Бройль, выдвинувший в 1923 году гипотезу, что все частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами. Всем им в разное время была присуждена Нобелевская премия по физике.

Однако к середине 1920-х годов накопилась критическая масса фактов, противоречивших традиционной физике. Назрел кризис. В поисках выхода разгорелись яростные дискуссии, в которых принял участие и молодой малоизвестный немецкий физик Вернер Гейзенберг. В июне 1925 года утомлённый, измученный аллергией 24-летний учёный уединился на небольшом острове Гельголанд у побережья Германии. И здесь его осенило. За несколько дней он набросал основы того, что позднее станет «матричной квантовой механикой» — первой формулировкой современной квантовой теории. Гейзенберг первым понял, что нельзя описывать атом с помощью движения электронов по определённым траекториям, как это делал Бор. У него атом просто изменял своё состояние, описываемое таблицами чисел, соответствующих координатам и импульсу электрона. То, что Гейзенберг на самом деле оперирует с матрицами, понял его руководитель Макс Борн, который вместе с Паскуалем Йорданом помог доработать теорию. А Вернер Гейзенберг в 1932 году получил Нобелевскую премию по физике с формулировкой: «За создание квантовой механики».

Другим путём пошёл австрийский физик Эрвин Шрёдингер, который в том же 1925 году предложил своё знаменитое уравнение, носящее теперь его имя, положив тем самым начало «волновой механике». Правда, полученные результаты он опубликовал лишь в 1926 году и, соответственно, Нобелевскую премию получил на год позже Гейзенберга. В этом варианте квантовой механики с помощью так называемой волновой функции описывались волновые свойства частиц и изменения их квантовых состояний. С классической точки зрения электроны или атомы представляют собой «шарики», которые обладают чётко определёнными положениями и импульсами в любой момент времени. А вот с точки зрения квантовой механики микрочастица существует как волна, представляющая вероятности её местоположения и импульса. Только после измерения у частицы обнаруживается определённое значение этих характеристик...

№11, 2025