Квант туралы көптеген ғылыми теория жазылып, неше түрлі әдеби шығармалар туды, жүздеген көркем фильм түсірілді. Әсіресе, Голливуд ұжымы бұл тақырыпты кеңінен қаузап, ғылыми-фантастикалық киноларды жауыннан кейінгі саңырауқұлақша қаптатты. «Матрица», «Интерстеллар», «Дежавю», «Люси», «Гаттака» («Планета Ка-Пэкс»), «Куб 2: Гиперкуб», «Бұлт атласы», «Мандела эффектісі» секілді фильмдер – осының айғағы. Сонымен, квант дегеніміз не?
Осы сұрақ төңірегінде Еуразия ұлттық университетінің профессоры Айдар Морзабаевпен сөйлескенімізде, ол кісі қарапайым тілмен квант ұғымын былайша түсіндірді:
«Жалпы әлем макроорганизмдер мен микроорганизмдерден құралады. Макроорганизмдер – қолмен ұсталатын, көзге көрінетін дүниелер. Оны біз түрлі құралмен салмағын, көлемін өлшей аламыз. Ал микроорганизмдер – қолмен ұсталмайтын, көзге көрінбейтін дүниелер. Мәселен, бактериялар, атом, молекулалар, энергия деген сынды. Міне, осы ретте біз кванттық физиканың көмегіне жүгінеміз. Себебі олар мүлде басқаша заңдылықта өмір сүреді. Оған қарапайым классикалық физиканың қуаты жетпейді», – дейді профессор.
«Шредингер мысығы»
Техас университетінің профессоры, физик Алан Чодос:
«Егер біз бөлшектерге өлшеулер жүргізетін болсақ, бөлшектің нақты қай жерде екенін білу үшін барлық ықтимал позициялардың ішінен біз белгілі бір уақытта тек біреуін таңдай аламыз. Сол сәтте қалғандарының бәрі өмір сүруін тоқтатады», – дейді.
Кванттық физиканың қағидасы – бір бөлшек бір уақытта әртүрлі жерде болуы мүмкін, бірақ біз оны түзетуге тырысқан сәтте олардың біреуі ғана қалады. Ғылымда кеңінен танымал тағы бір мысал бар, ол – Шредингер мысығы. Бұл теорияның өзі – біршама қызық теория. Соңына дейін дәлелденбеген. Алайда әлі күнге дейін қолданыста жүрген мысал. Шредингер мысығы теориясы бойынша, күмәнді екі ойдың немесе шешімнің нәтижесі қорытынды шықпайынша, жария етілмейінше, тең дәрежеде, теңдей деңгейде болады. Осы ойды дәлелдемек болған Шредингер 1935 жылы тәжірибе жасайды. Оқиға ұлы физик Альберт Эйнштейн мен Нильс Бордың пікірталасы мен дау-дамайынан басталған. Эйнштейн кез келген шағын бөлшек бір уақытта ерекше эксклюзивті күйде болады деп дәлелдеуге тырысты. Ол үшін Эйнштейн Нобель сыйлығының лауреаты Эрвин Шредингерге жүгінеді. Бор мен Эйнштейн екеуі жаңа идеяны талқылап, өздігінен жанатын бөшкеге арналған бос ұнтақты қарастырып көреді. Тәжірибе нәтижесінде ұнтақ жарылған жоқ. Дегенмен кванттық механикаға сәйкес, ол бір жыл уақыт өткен соң жарылуы тиіс. Эйнштейн Шредингерге «іс жүзінде жарылғыш және жарылмаған зеңбіректің арасында өтпелі жағдай жоқ» деп дәлелдейді. Шредингер эксперимент нәтижесімен келісіп, Эйнштейн жағына өтеді. 1935 жылдың аяғында Шредингер Эйнштейн идеясын жақтап мақала жариялайды. Сонда ойша мынандай тәжірибе жасағанын айтады. Ол жәшіктің ішінде мысық пен радиоактивті материалды бірге салып, Гейгер есептегішін қойған. Жәшік ішіне салынған бөлшек кішкентай болғандықтан, бір атомның ядросы бір сағатта ыдырауы мүмкін деп болжам жасалды. Егер реактив ыдыраса, мысық өледі, ал ыдырамаса, өлмейді. Сонда Шредингер бұл тәжірибенің нәтижесін былай деп түсіндірді:
– Эксперименттің нәтижесі бір сағаттан кейін ғана белгілі болады. Ал оған дейін мысықтың жағдайы өлі де, тірі де! Яғни, бір сағаттың ішінде мысық өліп те қалуы мүмкін, тірі де болуы мүмкін. Яғни, мысықтың екі күйі бірдей.
Міне, осы мысалға қарай отырып, кванттық физиканың бүгінгі мәселесін көруге болады. Ғалымдар микроорганизмдерді зерттегенде белгілі бір теорияға келу қиындық туғызатынын айтады. Себебі бір бөлшектің күйі мен көлемін, жағдайын білу үшін оны көрген сәтте-ақ ол бастапқы күйін немесе орнын өзгерте қояды. Енді кванттық физика заңдарын бөлшекке немесе мысыққа қолданбай осы теорияны санамызға қолданып көрсек қалай болады?
Адам ойымен өмірін басқара ала ма?
Кванттық физиканың дамуымен ғылымда көп өзгеріс болып жатыр. Соның бірі – адам ойының материалдық қуат екеніне қатысты түсінік. Иә, ой деген түрлі толқын туғызатын материалдық қуат екен. Кәдімгі радиотолқындар сияқты. Радиотолқындарды таратсаңыз, оны қабылдағыш арқылы қабылдаған адам сіз жіберген ақпаратты тыңдай алады. Жасыратыны жоқ, біз әлі де мидың қалай жұмыс істейтіні туралы көп біле бермейміз. Бірақ егер біз оны кванттық физика тұрғысынан қарастыруға тырыссақ ше? Себебі біздің санамыз бен эмоцияларымыз дәл оның заңдарына сәйкес жұмыс істейді. Бұл туралы қазіргі психологтер мен неврологтер түрлі пікір айтып келеді. Кванттық эмоциялар теориясы бізді депрессиядан арылтып, бақытқа жетелейтін болса ше?
Кванттық теория бойынша элементтер бір уақытта көптеген жерде болуы мүмкін екенін айтады. Сол сияқты бізде суперпозициялық сезімдер болуы мүмкін. Мәселен, біз бақыт, қуаныш, қайғы, ашу, қорқыныш, жиіркеніш, көңілсіздік, үміттену және басқа да көптеген эмоцияны бастан кешіреміз. Бірақ егер біз бір эмоцияны таңдап, соған назар аударсақ, квант теориясы бойынша қалғандарының бәрі жоғалады. Егер біз қайғыға назар аударсақ, бақыт жоғалады, ал бақытты таңдасақ, мұң екінші жоспарға түседі, өйткені екі сезімді де бірден сезіну мүмкін емес.
Кванттық секіріс
Неврологтер дәл қазір физиктермен бірге мидың жұмысын зерттеуде кванттық механизм сияқты жұмыс істейтін жаңа бағытты ашуда. Кванттық секіріс турасында бүгінде елімізде көптеген психолог ақылы курстар өткізуде. Олардың бағалары да аспандап тұр. Сондағы олардың айтатыны «қазіргі бақытсыз күйіңді өзгерт» дегенге саяды. Әлбетте, арасында ақылға қонбайтын дүниелерді де айтып жататындары жоқ емес. Әлеуметтік желілерде өздерінің жарнамаларын жасаған олардың шын мәнінде кванттық физикадан толық хабары барынан күмәнімізді де жасыра алмаймыз. Дегенмен бұл теория бұрыннан бар. Кванттық секіру дегеніміз – кванттық жүйенің (атомдар, молекулалар, атомдық ядро) бір күйден екінші күйге, бір энергетикалық деңгейден екінші энергетикалық деңгейге секіртпелі қозғалыс ретінде күрт ауысуы. Жүйе энергияны жұтқанда әлдеқайда биік энергетикалық деңгейге ауысады, ал жүйе энергияны жоғалтса, төменгі энергетикалық деңгейге өтеді. Өмірде көбі кванттық секіруді бастан өткереді. Мәселен, қоныс аудару, ортаны ауыстыру, мамандықты ауыстыру, өмір сүру деңгейіндегі өзгерістер, яғни басқа деңгейге өту.
Джон Кехоның «Түйсігіңмен ойлай біл» атты кітабында бұл туралы кеңінен жазылған. Кванттық секіріс туралы физик Крис Гилберт өз өмірінен мынадай мысал келтіреді.
«Анам бір жыл бұрын қайтыс болғанда мен қатты қайғырдым. Менің қуанышты күндерім келмеске кетті. Сосын көз жасымды құрғатып, бақытқа көңіл бөлуді шештім. Күйеуіммен бірге жаңа баспана сатып алдық. Бұл бізді одан сайын жақындата түсті. Мен өмірдегі барлық нәрсеге қуанышпен және сүйіспеншілікпен қарауды шештім. Мен саналы түрде таңдау жасап, нейрондар мен ойларымды бақыт пен махаббатқа қарай бағыттай алдым. Кванттық теория бойынша бір нүктенің бір орында тоқтайтыны сияқты қайғы, ашу, қорқыныш жоғалады», – дейді ол.
Бабаларымыз квантты меңгерген бе?
Кейінгі уақыттарда осы кванттық секіруден бөлек, кванттық шиеленіс туралы да көп айтылады. Былтыр «кванттық шиеленісті» зерттеген физик ғалымдар Ален Аспе, Джон Френсис Клаузер, Антон Цайлингер Нобель сыйлығын алды. Квантты шиеленіс дегеніміз – бөлшектердің күйі бір-бірімен қаншалықты алыс екеніне қарамастан, тіпті мыңдаған шақырым болса да, бір-біріне әсер ету феномені. Эксперимент барысында таңдап алынған бөлшектер өздерін бір бүтін секілді ұстаған. Бір бөлшектің күйі өзгергенде, онымен байланысты басқа бөлшектер де өзгерген. Бұл құбылыс криптография, компьютерлік технологияларда, квантты телепортацияларда қолданылып жүр. Енді ол квантты механикада да дәлелденді.
Егер бұл жаңалықты адамдар арасындағы қарым-қатынасқа тарататын болсақ, басқа адам Жер шарының басқа нүктесінде жүрсе де, біздің ішкі күйіміз оған әсер ететінін көрсетеді. Егер осылай болатын болса, біз өзімізбен жұмыс істеп, ішкі жарықты күшейтіп, адамгершілікке концентрация жасасақ, басқа біреуге күйіміздің деңгейінде серпіліс жібере аламыз. Қазақ сөз қолданысындағы «кіндігің бір ма?» деген сөздің мағынасы осымен ашылады. Бұған қоса, әулиелер дұғасының, үлкендер батасының екінші адамға әсерін де осымен дәлелдеуге болады. Қазақтың «қарғыс алма, алғыс ал», «баталы ел арымас», «батаменен ел көгерер» деген сынды мақалдары мен мәтелдерінің сыры осыдан ашылатын сынды. Яғни, сөз бен тілек энергиясының сырын бабаларымыз әу бастан білген.
Біз ертеде өмір сүрген әулиелер мен әмбиелер туралы неше түрлі қиял-ғажайып оқиғаларды естиміз. Илана қоймаймыз. Мәселен, Бекет ата таң намазының екі бас сүннетін Оғыландыда оқып, екі бас парызын Меккеде оқып келген деген аңыз бар. Нильс Бордың «Элементар бөлшек А нүктесінен Б нүктесіне ол екі нүктенің арасындағы бірде-бір нүктеде болмай бара ала ма?» деген сұрағына қазіргі кванттық физика «иә!» деп жауап береді. Тіпті, элементар бөлшек бір мезгілде 3 000 нүктеде бола алатыны айтылып жүр. Ендеше кванттық физика фактілеріне сүйенсек, бір мезгілде Бекет атаның Оғыландыда да, Меккеде де болуы әбден мүмкін! Бекет атадан бөлек, әулие Мәшһүр Жүсіп пен Қожа Ахмет Ясауи туралы да осындай фактілерді кездестіреміз. Еш мүмкін емес көрінетін мұндай оқиғалардың дәлелін енді тек кванттық физика арқылы табуға болатындай. Сонымен қатар батырларымыз жауға шапқанда «Иә, аруақ!» деп аттандауы мен бұрынғы өткен ата-бабаларынан медет сұрауы да кванттық энергиямен байланысты деуге негіз бар. Мәселен, Қабанбай батырдың жауға аруақтап шапқанда жау көзіне бір өзі мың қол болып көрінген деген аңыз бар. Ғалымдардың зерттеуіндегі фотондардың бірі бірнешеге бөлінетіні де – осыған ұқсас жағдай. Әжелеріміз балалары мен немерелерін емдегенде «менің қолым емес, Бибіфатиманың қолы» деп айтуы да қосымша энергияны шақыру емес пе?! Иә, жарты әлемді билеген бабалардың кванттық әлемді меңгергеніне күмән жоқ.
Кванттық компьютерлер
Біздің өмірімізді жеңілдетуде компьютерлердің еңбегі орасан. Дегенмен қазір қарапайым компьютерлердің техникалық мүмкіндіктерінің шекарасына біраз жақындап қалдық, оның үстіне, ғылым-білім саласында ең заманауи суперкомпьютерлердің де мүмкіндіктері жетпейтін жағдайлар кездесіп жатыр. Осы мәселеге балама шешім ретінде техникалық мүмкіндіктері мол, тіпті суперкомпьютерлерге қарағанда мүмкіндігі мың есе көп болатын кванттық компьютерлерді құрастыру бойынша ғалымдар белсенді жұмыс істеп жатыр.
Кванттық компьютерлердің дамуымен Жер бетінде бұрын болмаған есептерді шығару мүмкіншілігі туып тұр. Тіпті, бүгіннің өзінде, «ең бүлдіршін» кванттық компьютерлер қазіргі заманның компьютерлеріне қарағанда үлкен деректермен манипуляциялау әрекеттерін жүргізе алады.
Есептеу бойынша, 60 кубит кванттық компьютер бүкіл адамзаттың бір жылдағы жасаған деректерін кодтай алатын болса, 300 кубит кванттық компьютер бүкіл көзге көрінетін галактикаға тең ақпаратты сақтай алады екен.
Біздің заманауи компьютерлердегі процессордың транзисторлары ақпаратты 0 және 1 сандарымен кодтайды және өңдейді (яғни, 1 – транзисторда ток болған кездегі күй, ток болмағандағы күй – 0 болады). Бұны бір бит деп атайды. Бит бір уақытта бір позицияда ғана болуы мүмкін, яғни 0-де немесе 1-де. Басқаша болуы мүмкін емес. Ал кванттық есептеулерде биттердің орнына кубит қолданылады. Биттерден айырмашылығы, кубит бір уақыттың өзінде 1 де, 0 де болуы мүмкін және кванттық физикадағы бұл күй суперпозиция деп аталады. Егер қарапайым компьютерде 8 биттік ақпаратты кодтау үшін 8 уақыт бірлігі қажет болса, онда кванттық компьютерде бұл ақпаратты кодтау үшін 1 бірлік уақыт қажет және тағы сол сияқты. Қарапайым процессордың қуатын ондағы транзисторлар санын өсіру арқылы арттырған сияқты кванттық компьютердің өңдеу қуатын да кубит санын көбейту арқылы арттыруға болады. Мысалы, 10 кубит қолданатын кванттық компьютер бір уақыт бірлігінде 1023 санды кодтай алады. Ал 40 кубитті қолданса, бір уақыт бірлігінде миллионнан аса операция жасауға болады. Бұл дегеніміз – тіпті ең қуатты суперкомпьютер шешімін анықтау үшін 3,5 жыл қажет ететін математикалық есепті, кванттық компьютер 10 000 секундта шешіп бере алады деген сөз. Бұндай уақыт айырмашылығын техникада «кванттық басымдық» деп атайды. Яғни, «пәлен корпорация жасап шыққан кванттық компьютердің кванттық басымдығы мынанша екен» десе, дәл осындай уақыттан ұту туралы мәселені елестету керек. Қала берді, кванттық есептеулер адамзатқа бөлшектер физикасы, дәрі-дәрмектердің әсерін модельдеу және тағы басқа салаларда бұрын-соңды болмаған жаңа мүмкіндіктер ашады. Қысқасы, квант компьютерлері өркениет тарихында келесі бір жаңа технологиялық төңкеріс жасары сөзсіз.
P.S.
Біз квантты түсіну арқылы сөз, ой энергиясының материяға әсері барын білдік. Сонымен қатар біздің әрекетіміздің де қоршаған ортаға өз әсерін тигізетіні белгілі. Ендеше Шәкәрім ақынның:
«Біреудің мінін көргенше,
Жамандығын тергенше,
Өз ойыңды мазалап,
Өз бойыңды тазалап,
Өзіңмен күрес өлгенше!» деген сөзі квант философиясына жауап беретінін байқаймыз.
Наурызбек САРША