A molekulákat összetartó erőktől Schrödinger macskájáig: A kvantumok világa ismeretterjesztő előadás-sorozat első videói

Alapításának 200. évfordulóját többek között egy másfél éven át tartó programsorozattal ünnepli a Magyar Tudományos Akadémia. A Sokszínű tudomány című rendezvénysorozat keretében bemutatkozik többek között az MTA 11 tudományos osztálya: egy-egy hónapon át bemutatják a nagyközönségnek két évszázados tevékenységüket és napjainkban végzett munkájukat. A programsorozat első, a határon túli magyar tudományos műhelyek májusi ünnepi hónapja után először a Nyelv- és Irodalomtudományok Osztálya tartotta meg ünnepi rendezvényeit 2025 júniusában, amit szeptemberben a Fizikai Tudományok Osztálya követ. (Az Akadémia osztályainak ünnepi menetrendje cikkünk végén található.)

2025-ben nem csak az Akadémia ünnepli 200 éves fennállását – ugyanebben az évben ünnepli az emberiség a kvantumelmélet 100. születésnapját is. Ez az egykor ezoterikusnak, a mindennapoktól távolinak tűnő tudományág az elmúlt évszázadban átalakította a világ arculatát. Nemcsak a természettudományokban, azon belül a fizikában hozott szemléleti forradalmat, és nyitott meg számos gyökeresen új kutatási irányt, hanem a ráépülő modern technológia behatolt a mindennapi életbe is.

A 200 éves Magyar Tudományos Akadémia Fizikai Tudományok Osztálya a kettős évfordulót megünneplendő A kvantumok világa című előadás-sorozattal mutatja be a kvantumelmélet alapfogalmait, a köznapi szemlélet számára nehezen elfogadható, különös gondolatvilágát, a kvantumfizikára épülő új tudományágakat, valamint a kvantumelmélet eredményeit gyakorlati alkalmazásokra váltó modern technológiákat. A jubileumi előadás-sorozat szeptember 3-án két előadással vette kezdetét.

A kvantummechanika itt van velünk

Cserti József, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Komplex Rendszerek Fizikája Tanszékének professzora A kvantummechanika itt van velünk című előadásában arról beszélt, hogy az atomok és elektronok kvantumos viselkedése alapvetően befolyásolja makroszkopikus világunkat, mindennapi életünket, így a kvantummechanika szerepe nem merül ki csupán az atomok és más mikroszkopikus részecskék leírásában. „A kvantummechanika velünk van – de vajon értjük-e?” – tette fel a kérdést.

Cserti József Fotó: Szigeti Tamás / MTA

Hogyan segít a vasalásban az alagúteffektus? Miért zöld a fű? Hogyan mozognak az elektronok a fémekben, félvezetőkben – és ennek megértése miképp segítette azt az őrületes fejlődést, amit az elektronikában láthatunk? Hogyan vált életünk részévé a szupravezetés jelensége, aminek felfedezése és magyarázata a fizika egyik legnagyobb eredménye és egyben a kvantummechanika makroszkopikus manifesztációjának egyik nagyszerű példája? Milyen újabb irányokat nyithat az alkalmazások terén az elektronoknak a nanoméretű eszközökben és újfajta anyagokban, mint például a grafénben mutatott kvantumos viselkedésének megismerése? Többek között ezekre a kérdésekre kereste a választ az MTA nanofizikai és szupravezető rendszerekkel, spintronikával, grafén- és a topologikus szigetelőkkel foglalkozó doktora, rámutatva, hogy rengeteg még a megválaszolatlan kérdés, a felfedezni való terület a kvantummechanikában, és érdemes megtanulni az alapokat, hogy aztán tovább lehessen kutatni ezen a területen.

Az előadás teljes felvétele az alábbiakban tekinthető meg.

Mi tartja össze a molekulákat?

Mi tartja össze a molekulákat? – ezzel a címmel tartotta meg előadását Kürti Jenő, az ELTE TTK Biológiai Fizika Tanszék professor emeritusa szeptember 3-án este. Az MTA doktora abból indult ki, hogy alig két évvel azután, hogy 1925-ben Schrödinger fölírta nevezetes egyenletét, már molekulák leírására kezdték azt alkalmazni. A legegyszerűbb ilyen részecskerendszer a hidrogén-molekulaion, a H₂⁺, amelyben egyetlen elektron tartja össze a két protont. A klasszikus mechanika szerint a H₂⁺-nak nincs stabil állapota, noha a kísérletek szerint ez egy létező molekulaion. Éppen ezért a kvantummechanika legelső sikerei közé tartozik annak kiszámítása, hogy a H₂⁺-nak valóban létezik stabil alapállapota, és az erre a problémára alkalmazott Schrödinger-egyenletnek egzakt megoldása. (Teller Ede 1930-ban elkészült doktori munkája is a H₂⁺ tulajdonságainak kvantummechanikai vizsgálatáról szólt). Kürti Jenő előadásában először ezt a tudománytörténeti jelentőségű problémát járta körül, majd a semleges H₂-molekulát tárgyalta, megismertetve a hallgatóságot a legismertebb elsődleges kötéstípussal: a kovalens kötéssel.

Kürti Jenő Fotó: Szigeti Tamás / MTA

Kürti Jenő a következő kérdésekre próbált válaszokkal szolgálni a hallgatóságnak: Mi a jelentősége a közelítő módszereknek a molekulák tárgyalásánál, egyáltalán, miért van szükség közelítő módszerekre? Miért fontosak a kvalitatív leírások a molekulák tárgyalása során, és mire kell vigyázni, milyen veszélyei lehetnek a kvalitatív leírásnak? Mi a molekulapálya-módszer (MO-LCAO), és mi a vegyértékkötés-módszer (VB), milyen viszonyban vannak egymással, jobb-e az egyik, mint a másik?

Az előadás teljes felvétele az alábbiakban tekinthető meg.

Milyen a világ, ha kvantum?

Szeptember 8-án Takács Gábor, az MTA doktora vette föl a kvantumos előadás-sorozat fonalát. A BME Elméleti Fizika Tanszékének egyetemi tanára, a Fizikai Intézet igazgatója Milyen a világ, ha kvantum? című előadásában abból indult ki, hogy a mindennapi életünk során tapasztalt valóság látszólag szilárd és kiszámítható szabályokat követ, de mi történik vajon, ha a világot a legkisebb alkotóelemeinek szintjén vizsgáljuk? Az előadás olyan kérdésekre kereste a választ, mint hogy milyen a világunk a kvantummechanika törvényei szerint, lehetséges-e, hogy a világunk csak egy a sok párhuzamos világegyetem közül, illetve él-e vagy hal-e Schrödinger macskája?

Takács Gábor Fotó: Szigeti Tamás / MTA

A jelenlévők Takács Gáborral együtt fedezhették föl a kvantumvilág olyan alapvető jelenségeit, mint a szuperpozíció és az összefonódás, megvizsgálhatták, miképp térnek el ezek a törvények drámaian a klasszikus fizika által leírt világtól, és mindez milyen következményekkel jár. Az előadó rámutatott: nem az a kérdés, hogy miért olyan furcsa a kvantumvilág, hanem hogy az alapvetően kvantumos világ törvényeivel hogyan férnek össze, abból hogyan következnek az általunk tapasztalt makrovilág látszólag egészen más szabályai. Az alacsony dimenziós kvantumrendszerekkel, kvantumtérelmélettel és alkalmazásaival foglalkozó fizikus közérthető módon mutatta be a kvantumfizika alapjait, eloszlatott néhány tévhitet, és megmutatta, hogy a valóság legalapvetőbb szintje mennyire különbözik intuitív elképzeléseinktől.

Az előadás teljes felvétele az alábbiakban tekinthető meg.

Schrödinger macskája a laborban

Domokos Péter, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatóprofesszorának előadása már a címében is megidézte a kvantummechanika Nobel-díjas atyjának fiktív háziállatát. Az előadás bemutatta, hogy a kvantumelmélet alapító atyái által felvázolt, akkor abszurdnak tűnő gondolatkísérletek hogyan lettek mára a modern kvantumlaboratóriumok mindennapi kutatásainak részei, és hogy a mai kísérletek hogyan igazolták a száz évvel ezelőtti tudósok legvadabbnak tűnő feltevéseit. Néhány idevágó kérdés: Hogyan tudjuk kísérletileg igazolni, hogy az elektromágneses mező kvantált, és a sugárzás fotonokból áll? Meg tudunk-e mérni egyetlen fotont úgy, hogy az megmarad, és nem nyeli el egy detektor? Mit jelent a kvantummechanikai mérés? Mit jelent a kvantummechanikai állapot, avagy milyen az élet a Hilbert-játszótérben? Létezhet-e Schrödinger-macska-állapot a valóságban? – ezek voltak a Széchenyi-díjas fizikus Schrödinger macskája a laborban című előadásának kardinális kérdései.

Domokos Péter Fotó: Szigeti Tamás / MTA

Domokos Péter ezeket a kérdéseket boncolgatva bemutatta azt a kísérleti rendszert, amelyben életre kelnek a kvantummechanika furcsa törvényei, és a fizikusok tervezett és kontrollált módon manipulálhatják, valamint megmérhetik fotonok és atomok kvantummechanikai állapotát. E rendszer ötletességének köszönhetően megelevenedik az absztrakt matematikai Hilbert-tér, és még akár Schrödinger-macska jellegű állapotokat is meg lehet figyelni laboratóriumi körülmények között. A kvantumoptika és azon belül a rezonátoros kvantum-elektrodinamika kérdéseit kutató fizikus előadása megmutatta, hogy a kvantumelmélet fundamentális kérdéseinek kutatása hogyan vezetett el a napjainkban kibontakozó kvantumtechnológiai forradalomhoz, miképp alakultak ki a fundamentális kvantumjelenségek kutatásából, a korábban science fictionnek tekintett ötletekből valódi technológiai fejlesztések.

Az előadás teljes felvétele az alábbiakban tekinthető meg.

A sorozat hátralévő előadásai:

• 2025. szeptember 15. 17 óra: Kvantumok között – Utazás az elemi részecskék különleges világába – Pásztor Gabriella (ELTE) előadása
• 2025. szeptember 15. 18 óra: Kvantumfizika a csillagokban: az elemek keletkezése – Fülöp Zsolt (HUN-REN ATOMKI) előadása
• 2025. szeptember 17. 17 óra: Nanoelektronikától a kvantumelektronika felé – Csonka Szabolcs (BME) előadása
• 2025. szeptember 17. 18 óra: A ma és a holnap kvantumszámítógépei – Asbóth János (BME) előadása
• 2025. szeptember 29. 17 óra: Neumann Jánostól a kvantumos összefonódásig – Zaránd Gergely (BME) előadása
• 2025. szeptember 29. 18 óra: Kvantumkorszakok az Univerzum történetében – Dávid Gyula (ELTE) előadása

Az előadássorozatról készült videókat az MTA YouTube-csatornáján is meg lehet tekinteni.