بريطاني وأمريكي يفوزان بجائزة «نوبل» للفيزياء
تاريخ النشر: 8th, October 2024 GMT
مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء عام 2024، للأمريكي “جون هوبفيلد” والبريطاني “جيفري هينتون” عن أبحاثهما في مجال “التعلم الآلي” للشبكات العصبية المستخدم في تطوير الذكاء الاصطناعي.
وقالت لجنة جوائز نوبل في بيان: “استخدم العالمان الفائزان بالجائزة لهذا العام، أدوات الفيزياء لتطوير أساليب التعلم الآلي الحديث، وقد طور “جون هوبفيلد” ذاكرة ترابطية يمكنها تخزين وإعادة بناء الصور وأنواع أخرى من الأنماط في البيانات، واخترع “جيفري هينتون” طريقة يمكنها العثور بشكل مستقل على الخصائص في البيانات، وبالتالي أداء مهام، مثل تحديد عناصر محددة في الصور”.
وبحسب وكالة فرانس برس، قالت رئيسة لجنة نوبل للفيزياء إلين مونز: “استخدم الفائزان لعام 2024 مفاهيم أساسية من الفيزياء الإحصائية لتصميم شبكات عصبية اصطناعية تعمل كذواكر ترابطية وتجد أنماطا في مجموعات كبيرة من البيانات، وقد استُخدمت هذه الشبكات العصبية الاصطناعية لتعزيز الأبحاث في مجالات متنوعة مثل فيزياء الجسيمات، وعلوم المواد، والفيزياء الفلكية”، مضيفة: “لقد أصبحت هذه الشبكات جزءا من حياتنا اليومية”.
يذكر أن جائزة نوبل في الفيزياء العام الماضي مُنحت لثلاثة فيزيائيين، وهم بيير أغوستيني من جامعة ولاية أوهايو، وفيرينك كراوش من معهد “ماكس بلانك” للبصريات الكمومية، وآن لويليت من جامعة “بيير وماري كوري”، حيث اكتشفوا طريقة لإنشاء نبضات ضوئية قصيرة للغاية يمكن استخدامها لدراسة الإلكترونات داخل الذرات والجزيئات.
أسماء الفائزين في السنوات العشر الأخيرة بجائزة نوبل للفيزياء
2024: جون هوبفيلد (المملكة المتحدة/كندا) وجيفري هينتون (الولايات المتحدة)
2023: بيار أغوستيني (فرنسا) وفيرينس كراوس (المجر/النمسا) وآن لويلييه (فرنسا/السويد)
2022: آلان أسبيه (فرنسا) وجون كلاوسر (الولايات المتحدة) وأنتون زيلينغر (النمسا)
2021: شوكورو مانابي (الولايات المتحدة/اليابان) وكلاوس هاسلمان (ألمانيا) وجورجيو باريزي (إيطاليا)
2020: روجر بنروز (بريطانيا) وراينهارد غنزل (ألمانيا) وأندريا غيز (الولايات المتحدة)
2019: جيمس بيبلز (كندا/الولايات المتحدة) وميشال مايور وديدييه كيلو (سويسرا)
2018: آرثر آشكين (الولايات المتحدة) وجيرار مورو (فرنسا) ودونا ستريكلاند (كندا)
2017: باري باريش وكيب ثورن وراينر فايس (الولايات المتحدة)
2016: ديفيد ثاوليس وف. دانكن هولداين وج. مايكل كوستيرليتس (بريطانيا)
2015: تاكاكي كاجيتا (اليابان) وآرثر ب. ماكدونالد (كندا)
آخر تحديث: 8 أكتوبر 2024 - 13:28المصدر: عين ليبيا
كلمات دلالية: جائزة نوبل جائزة نوبل للطب نوبل للفيزياء الولایات المتحدة
إقرأ أيضاً:
نوبل للفيزياء 2025.. كيف تحمل ميكانيكا الكم في يديك؟
قال الفيزيائي اللامع ريتشارد فاينمان، الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965، ذات مرة: "لا أحد يفهم ميكانيكا الكم"، كثيرا ما يستشهد طلاب الفيزياء بهذه العبارة ساخرين عندما يواجهون صعوبة في فهم مسائل الكم المعقدة، فها هو أحد كبار علماء الفيزياء نفسه يعترف بغموضها، فكيف بطالب لم يبلغ العشرين بعد؟
لكن ما قصده فاينمان لم يكن السخرية أو الاعتراف بالعجز بقدر ما كان إشارة إلى طبيعة العالم الكمي نفسه الذي يتحدى كل منطق مألوف.
لفهم الأمر، دعنا نتأمل واحدة من أغرب الظواهر التي يمكن أن تشهدها في ميكانيكا الكم، وهي ما يسمى بـ"النفق الكمومي"، وتعرف بأنها احتمال غير صفري يمكّن الجسيم دون الذري من المضي قدما في حالة محظورة في الميكانيكا الكلاسيكية.
هذا بالطبع كلام معقد، لكن لفهمه تخيل أن عليّا -مثلا- هو شاب اكتشف فجأة أنه قد ورث ثروة كبيرة من إحدى القريبات في الولايات المتحدة الأميركية، ويجب أن يسافر ليتسلمها، لكن هناك مشكلة، وهي أنه لا يمتلك نقودا لشراء تذاكر الطيران.
يحاول علي أن يقترض من أي صديق، لكنه لا يجد أحدا مستعدا للدفع، لكن أحدا من شركة الطيران أخبره أن الشركة يمكن أن تسمح له بالمرور إلى الولايات المتحدة من دون دفع، بشرط أن يدفع في خلال ساعة واحدة فقط من وصوله، وهنا يسعد صديقنا سعادة بالغة، فذلك بالضبط هو ما يطلبه، وسيحصل على النقود من المحامي في المطار ويدفع ديونه، ثم يستكمل إجراءاته.
الآن، تخيل أن هناك كرة تنس أرضي ما، تقوم بضربها في الجدار فترجع إليك من جديد، وهكذا تستمر في الأمر بلا توقف. وفي الفيزياء الكلاسيكية (الفيزياء قبل ميكانيكا الكم) هناك احتمال قدره صفر أن تمر تلك الكرة من الجدار إلى الجهة الأخرى، لأنها ببساطة لا تمتلك قدر الطاقة اللازم لاختراقه.
إعلانأما لو كانت تلك الكرة تخضع لقوانين ميكانيكا الكم، فإن هناك احتمالا ضئيلا جدا، لكنه ليس صفرا، أن تقترض تلك الكرة قدرا من الطاقة لوهلة زمنية قصيرة جدا يسمح بها ما يسمى "مبدأ عدم اليقين" لـ"هايزنبرغ"، كي تمر من الجدار، ثم تعيد هذه الطاقة مرة أخرى كما في حالة صديقنا علي.
وفي الواقع، فإن هناك احتمالا قائما بالفعل أن تتمكن أنت من المرور عبر جدار حجرتك، إذا قررت المحاولة كل ثانية، مثلما فعل "هاري بوتر" ورفاقه عندما مروا إلى رصيف القطار عبر اختراق الجدار، لكنه مع الأسف احتمال صغير جدا، لدرجة أنه يجب عليك أن تحاول لمدة أطول من عمر الكون نفسه.
طوال أكثر من قرن، لم تُشاهد ظاهرة "النفق الكمي" وغيره من التأثيرات الغريبة لميكانيكا الكم إلا في أنظمة بالغة الصغر مثل ذرات مفردة أو جسيمات دون ذرية. لكن جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2025 أظهرت أن هذه التأثيرات لا تقتصر على العالم المجهري غير المرئي، بل يمكنك تحقيقها في شيء كبير بما يكفي لحمله بيدك، هذا ما حققه ثلاثي نوبل هذا العام، وهم: جون كلارك، وميشيل ديفوريت، وجون م. مارتينيس، وثلاثتهم من جامعة كاليفورنيا الأميركية.
تتعامل ميكانيكا الكم عادة مع أصغر وحدات بناء الطبيعة: الجسيمات، والذرات، والجزيئات. على هذا المقياس، تتصرف الجسيمات بشكل غير مألوف لنا، كأنها موجات؛ إذ يمكن أن تكون في مكانين في آن واحد، أو تظهر فجأة في مكان لا يحق لها أن تكون فيه.
ولكن عند النظر إلى الأشياء اليومية -ككرة تنس أو سيارة أو يديك- تتلاشى هذه التأثيرات، فتبدو الأشياء متوقعة، وصلبة، وطبيعية، لا تسلك هذا السلوك الغريب جدا.
ولطالما تساءل الفيزيائيون: أين ينتهي العالم الكمي بالضبط ويبدأ العالم الكروي الخاص بنا؟ وما الحجم الذي يمكن أن يصل إليه جسم كمي قبل أن يتوقف عن التصرف كجسم كمي؟
قدم لنا الفائزون بجائزة هذا العام إجابة مذهلة عن هذا السؤال، وهي أنه يمكن للعالم الكمي أن يصل إلى دائرة كهربائية صغيرة بناها الإنسان.
في عامي 1984 1985، في جامعة كاليفورنيا بيركلي، بنى العلماء الثلاثة جهازا إلكترونيا دقيقا من الموصلات الفائقة، وهي مواد غريبة نوعا ما، لأنها تتصرف بطريقة تخالف ما نراه في الأشياء العادية، فهي قادرة على نقل التيار الكهربائي من دون أي مقاومة عند تبريدها إلى ما يقارب الصفر المطلق.
في الوضع الطبيعي، عندما يمرّ تيار كهربائي في سلك نحاسي مثلا، فإن جزءا من الطاقة يضيع على شكل حرارة بسبب المقاومة الكهربائية، مثلما تسخن الأسلاك أو الأجهزة عند استخدامها مدة طويلة.
لكن في الموصلات الفائقة، تختفي هذه المقاومة تماما، فيصبح التيار قادرا على المرور إلى ما لا نهاية من دون أن يفقد أي طاقة أو يولّد حرارة.
يحدث هذا فقط عند درجات حرارة منخفضة جدا (قريبة من الصفر المطلق، أي نحو 273 درجة مئوية تحت الصفر)، وعندما تبرد المادة إلى تلك الدرجة تتصرف الإلكترونات فيها بشكل جماعي ومنظَّم، كأنها فريق منسجم تماما، فيتحرك التيار بسلاسة تامة من دون أي عوائق.
إعلانولأن جميع الإلكترونات تتصرف كوحدة واحدة، يمكن للفيزيائيين وصف الموصل الفائق بأكمله بمعادلة واحدة فقط (تسمى الدالة الموجية) تعد القلب النابض لميكانيكا الكم، نحن الآن نتعامل مع أفراد كثيرين، لكن سلوكهم منتظم جدا، كأنهم شخص واحد فقط.
يشبه ذلك، لغرض التقريب، أن تتعاون قطعان من النمل الأبيض لبناء تلة ترابية كبيرة، فكأن كل هذا النمل كائن واحد ذكي قادر على أن يهندس مبنى عملاقا.
في تجاربهم، وضع العلماء بين موصلين فائقين طبقة عازلة رقيقة جدا، بسمك بضع ذرات فقط، يُسمى هذا الهيكل "وصلة جوزيفسون"، نسبة إلى الفيزيائي برايان جوزيفسون (الحائز جائزة نوبل عام 1973).
في العادة، يحجب هذا الحاجز الرقيق التيار الكهربائي تماما من المرور، كأنك قطعت سلكا يمر فيه التيار الكهربي، لكن في عالم فيزياء الكم الغريب يمكن للشحنات الكهربائية أن تخترقه، هذه هي ظاهرة "النفق الكمي"، إلا أنها الآن لا تحدث هنا لجسيم واحد، بل لمليارات الإلكترونات التي تتحرك معا.
في التجربة، كان النظام الكهربائي الفائق التوصيل في حالة هادئة ومستقرة، فالتيار الكهربائي كان يمر فيها بسلاسة، من دون أي فرق في الجهد (صفر فولت).
يمكن أن تتخيل الأمر مثل كرة صغيرة مستقرة في قاع طبق، لا تمتلك طاقة كافية لتصعد فوق الحافة. بحسب قوانين الفيزياء العادية، الكرة ستظل في مكانها إلى الأبد، لكن في لحظة حدث شيء غريب جدا، فالكرة خرجت فجأة من الطبق، من غير أي دفعة خارجية، كأنها اخترقت الحافة بدل أن تتسلقها.
هذا هو ما حدث في الدائرة الفائقة التوصيل، فقد ظهر جهد كهربائي (فولتية) في الدائرة عند الحاجز، وذلك يعني أن النظام انتقل من حالة إلى حالة مختلفة، قفز من العالم الكلاسيكي إلى عالم الكم. هذه كانت أول مرة يتمكن العلماء من رصد ظاهرة كمومية حقيقية تحدث في نظام كبير يمكن أن تمسكه بيدك، دائرة كهربية تجري بها مليارات الإلكترونات وليس إلكترونا واحدا فقط.
هنا ظهرت مفاجأة ثانية، فقد اكتشف العلماء أن الدائرة التي صمموها لا تمتص أو تطلق الطاقة بشكل متواصل مثل أي دائرة عادية، لكنها تفعل ذلك على شكل جرعات محددة جدا من "كمّات" الطاقة، وهذا يؤكد أننا أمام نظام كبير، يحتوي على موصل وعدد هائل من الإلكترونات، لكنه يسلك سلوكا كموميا، فكمات الطاقة تلك سمة أساسية لعالم الكم.
للتأكد من ذلك، وجه العلماء موجات مايكروويف (مثل الموجات التي يستخدمها المايكروويف المنزلي) على الدائرة الفائقة التوصيل، المفاجأة أن الدائرة تأثرت، لكن ليس عبر كل الموجات، بل في ترددات معينة جدا دفعت النظام إلى التأثر، وهذا بالضبط ما تقوله النظرية الكمومية: الطاقة لا تتغير بحرية، بل في قفزات منفصلة، كأنها تتحرك على سلالم وليست منحدرات.
لاحظ أن الأمر ليس سهلا بالمرة، فالحالة الكمومية هشة جدا. ولذلك، لإجراء هذه القياسات الدقيقة، اضطر الفريق إلى عزل النظام عن جميع أنواع الضوضاء، مثل الاهتزازات والحرارة والتداخل الكهرومغناطيسي، وبرّدوا الدائرة إلى جزء من الدرجة فوق الصفر المطلق (273.15 درجة مئوية تحت الصفر)، لأنه حتى أضعف اضطراب كان قادرا على تدمير الحالة الكمومية الهشة.
وأثمرت دقتهم حيث تمكنوا من مراقبة النفق الكمي، وقياس مدة بقائه في هذه الحالة، ورسم خريطة لمستويات طاقته. في جوهرها، كانت هذه التجربة مثل بناء مختبر كمي على شريحة.
غيّرت هذه التجربة فهمنا لفيزياء الكم؛ فلأول مرة لم ينشأ تأثير كمي من الجسيمات المجهرية فحسب، بل كان يحدث داخل نظام عياني كامل، ومن ثم سد هذا الاكتشاف الفجوة بين العالم الكمي والعالم الكلاسيكي، وأثبت أن قوانين الأجسام الصغيرة جدا يمكن أن تحكم أنظمة كبيرة بما يكفي للرصد والقياس.
قبل عقود، ابتكر الفيزيائي إروين شرودنجر تجربة فكرية حول قطة حية وميتة في آن واحد.
إعلانتقول القصة إن هناك صندوقا مغلقا فيه قطة، وكان مع القطة كمية ضئيلة من مادة مشعة يحتمل أن تتحلل ذرة واحدة منها خلال ساعة، وكان معهما "عداد غايغر" الذي يقيس التحلل الإشعاعي لدى حدوثه، والعداد مربوط بمطرقة، فإذا تحللت الذرة فإن عداد غايغر سوف يتحرك فيترك المطرقة لتقع، ولكنها لو وقعت ستكسر زجاجة تحتوي على غاز قاتل موجودة أسفلها، وتموت القطة.
والآن تقف أنت أمام الصندوق المغلق وتسأل: هل القطة حية أم ميتة؟
في حياتنا العادية نستخدم أدوات لغوية تفصل بين حدثين يمكن فقط أن يحدث واحد منهما مثل "أو"، فالقطة بعد ساعة ستكون حية "أو" ميتة، هذا بديهي لك، لكن من وجهة نظر ميكانيكا الكم فإن القطة توجد بعد مرور ساعة في حالة مركّبة من الحياة والموت، أي إنها تكون حية وميتة في الوقت نفسه.
هذه التجربة ليست إلا تمثيلا فكريا لتجربة فيزيائية تسمى "الشق المزدوج"، فيها يظهر الجسيم المادي كالإلكترون كموجة في بعض الأحيان وكجسيم في أحيان أخرى، ومن سمات الموجة أنها يمكن أن تمر من بابين مختلفين في الوقت نفسه، لكن هل يعني ذلك أن الإلكترون (الإلكترون ذاته) يمكن أن يمر خلال بابين مفتوحين في الوقت نفسه؟
تعرف "حالة التراكب الكمي" بأنها حالة يوجد فيها الجسيم في كل الاحتمالات الممكنة معا في الوقت ذاته. يعني ذلك أن الذرة الموجودة داخل المادة المشعة في صندوق "شرودنغر" قد تحللت ولم تتحلل في الوقت نفسه، وبالتبعية فإن عداد "غايغر" قد أسقط المطرقة ولم يسقطها في الوقت نفسه، ويلي ذلك استنتاج شرودنغر أن القطة كانت ميتة وحية في الوقت نفسه.
من أهمية تجارب هذا الثلاثي أن أنتوني ليجيت (الحائز جائزة نوبل عام 2003) جادل بأن كلارك وديفوريت ومارتينيس قد ابتكروا شيئا يُشبه النسخة الواقعية من تلك المفارقة، فدائرتهم الكمومية تتصرف كما لو كانت جسما كميا واحدا موحدا؛ حيا في حالة، وميتا في حالة أخرى، وقادرا على الانتقال بينهما.
لا يزال النظام الجديد أصغر بكثير من قطة صغيرة، ولكن لأن التجربة تقيس الخصائص الميكانيكية الكمومية التي تنطبق على النظام ككل، فإنه بالنسبة لفيزيائي الكم يشبه إلى حد كبير قطة شرودنجر الخيالية.
تطبيقات عملية ومستقبل العلمتتجاوز آثار هذا العمل حدود المختبر، حيث تُشكل المبادئ نفسها المستخدمة في تجربتهم الآن أساس تقنية الكم الحديثة:
الحواسيب الكمومية: حيث تحتفظ دوائر مثل هذه الدائرة التي صممها علماء نوبل بالمعلومات على شكل "كيوبتات"، موجودة في صورة 0 و1 في آن واحد. المستشعرات الكمومية: أجهزة فائقة الحساسية تكتشف المجالات المغناطيسية الدقيقة أو موجات الجاذبية. التشفير الكمي: استخدام الحالات الكمومية لإنشاء اتصالات آمنة تماما، إذ استخدم جون مارتينيس لاحقا هذه الدوائر الفائقة التوصيل لإنشاء أحد أوائل معالجات الكم العاملة في غوغل.في الواقع، عندما وُلدت ميكانيكا الكم في عشرينيات القرن الماضي لم يكن أحد ليتخيل أنها ستُستخدم يوما ما لبناء أجهزة الكمبيوتر، أو الكشف عن نشاط الدماغ، أو وصف الكون نفسه. وحتى بعد مرور 100 عام، لا تزال تُفاجئنا، أو كما قال أولي إريكسون، رئيس لجنة نوبل، عند إعلانه عن الجائزة: "من الرائع أن نحتفل بمدى تقديم ميكانيكا الكم التي يعود تاريخها إلى قرن من الزمان لمفاجآت جديدة باستمرار".
والآن، بفضل كلارك وديفوريت ومارتينيس نعرف شيئا أعمق، وهو أن الحدود بين الكمّ والحياة اليومية أرقّ مما كنا نعتقد، فلم تعد بحاجة إلى النظر عبر المجهر لرؤية ميكانيكا الكمّ، بل يمكنك حملها بين يديك.
مناقشة ترتيبات استئناف الرحلات الجوية بين ليبيا والإمارات