29 دسامبر 2023 -توسط پل ام. ساتر، جهان امروز-اعتبار: دانشگاه ناتینگهام
داستان کامل و عجیب دنیای کوانتومی برای یک مقاله بسیار بزرگ است، اما دوره ای از سال 1905، زمانی که انیشتین برای اولین بار راه حل خود را برای معمای فوتوالکتریک منتشر کرد، تا دهه 1960، زمانی که یک مقاله کامل، آزمایش شده، دقیق، و نظریه کوانتومی پیچیده دیوانه وار دنیای زیراتمی سرانجام ظهور کرد، کاملاً یک داستان است.
این نظریه کوانتومی به شیوه‌ی خود بازبینی کامل خود را در درک ما از نور ارائه می‌کند. در تصویر کوانتومی دنیای زیراتمی، چیزی که ما آن را نیروی الکترومغناطیسی می‌نامیم، در واقع محصول برهمکنش‌های میکروسکوپی بی‌شماری است، کار فوتون‌های غیرقابل تقسیم، که به روش‌های اسرارآمیز برهمکنش می‌کنند. و به معنای واقعی کلمه مرموز است. چارچوب کوانتومی هیچ تصویری در مورد چگونگی انجام برهمکنش های زیراتمی ارائه نمی دهد. بلکه صرفاً یک مجموعه ابزار ریاضی برای محاسبه پیش بینی ها به ما می دهد. و بنابراین، در حالی که ما فقط می‌توانیم به این سؤال پاسخ دهیم که فوتون‌ها واقعاً چگونه با یک شانه بالا انداختن و بی توجهی محاصره شده کار می‌کنند، حداقل به قدرت پیش‌بینی مجهز شده‌ایم که به کاهش درد ناشی از عدم درک کوانتومی کمک می‌کند.
انجام کار تجاری فیزیک – یعنی استفاده از مدل‌های ریاضی برای پیش‌بینی اعتبار در برابر آزمایش – در مکانیک کوانتومی نسبتاً سخت است. و این به دلیل این واقعیت ساده است که قوانین کوانتومی قوانین عادی نیستند و در قلمرو زیراتمی همه شرط بندی ها غیرفعال است.
فعل و انفعالات و فرآیندها در سطح زیراتمی توسط پیش بینی پذیری و قابلیت اطمینان فرآیندهای ماکروسکوپی حاکم نیستند. در دنیای ماکروسکوپی، همه چیز منطقی است (عمدتاً به این دلیل که ما برای درک جهانی که در آن زندگی می کنیم تکامل یافته ایم). من می توانم یک توپ را به اندازه کافی به سمت کودک پرتاب کنم که مغز او بتواند به سرعت الگوی قابل اعتماد را بگیرد: توپ از دست من خارج می شود، توپ یک مسیر قوس دار را دنبال می کند، توپ به جلو حرکت می کند و در نهایت روی زمین می افتد. مطمئناً، تغییراتی بر اساس سرعت، زاویه و باد وجود دارد، اما اصل اساسی یک توپ پرتاب شده، هر بار یکسان است.
در دنیای کوانتومی، جایی که پیش‌بینی کامل غیرممکن است و گزاره‌های قابل اعتماد وجود ندارد، اینطور نیست. در مقیاس‌های زیراتمی، احتمالات حکومت می‌کنند – نمی‌توان گفت دقیقاً هر ذره در هر لحظه چه کاری انجام می‌دهد. و این فقدان قابلیت پیش‌بینی و قابلیت اطمینان در ابتدا انیشتین را آزار می‌دهد و سپس منزجر می‌کند، که در نهایت دنیای کوانتومی را با چیزی جز تکان دادن پشیمانانه سر خود در برابر کار اشتباه همکارانش پشت سر نمی‌گذارد. و بنابراین او به کارهای خود ادامه داد و تلاش کرد رویکردی واحد برای پیوستن به دو نیروی شناخته شده طبیعت، الکترومغناطیس و گرانش، با یک چارچوب کاملاً کوانتومی پیدا کند.
هنگامی که دو نیروی جدید برای اولین بار در دهه 1930 برای توضیح کارکرد عمیق هسته های اتمی – به ترتیب نیروهای هسته ای قوی و ضعیف – پیشنهاد شدند، این امر انیشتین را منصرف نکرد. هنگامی که الکترومغناطیس و گرانش به طور موفقیت آمیزی با هم متحد شدند، تلاش زیادی برای کار در نیروهای جدید طبیعت لازم نیست. در همین حال، هم‌عصران متمایل به کوانتومی او با ذوق به سراغ نیروهای جدید رفتند و در نهایت آن‌ها را در چارچوب و جهان‌بینی کوانتومی قرار دادند.
در پایان زندگی انیشتین، مکانیک کوانتومی توانست سه نیروی طبیعت را توصیف کند، در حالی که گرانش به تنهایی باقی مانده بود، نظریه نسبیت عام او یادگاری از عقل و خلاقیت او بود.
