От квантовата физика до „Ант-Мен“: Невероятната история на един научен пробив

В света на науката рядко се случва сложно физическо явление да бъде отразено в популярната култура. Историята на гръцкия математик Спирос Микалакис обаче показва как фундаменталните изследвания могат да доведат не само до научен пробив, но и да вдъхновят холивудските сценаристи.

Всичко започва с откриването на квантовия ефект на Хол през 1980 година от германския физик Клаус фон Клицинг. Това явление, наблюдавано в двумерни полупроводници при ниски температури и силни магнитни полета, демонстрира изненадващо свойство – електрическото съпротивление на материала не се променя плавно, а чрез скокове, като стойностите на тези скокове са кратни на фундаменталните физични константи. Ефектът е толкова неочакван и важен, че фон Клицинг получава Нобелова награда за физика за откритието му 5 години по-късно през 1985 година. Теоретичното обяснение на явлението обаче остава загадка за физиците в продължение на десетилетия.

Спирос Микалакис, който е израснал в малък град близо до Атина, пристига в Националната лаборатория на Лос Аламос през 2008 година като постдокторант. Неговият ръководител, Матю Хейстингс му поставя амбициозна задача: да обясни защо проводимостта на Хол се измерва количествено.

„Когато ми възложиха тази задача, аз дори не знаех какво е проводимост на Хол.“

признава Микалакис

Първите месеци на работа са изпълнени с отчаяние и съмнения. Микалакис дори заключил в чекмеджето на бюрото си книгата за топологичните квантови числа, написана от един от пионерите в областта, Дейвид Таулес, защото не можел да разбере съдържанието ѝ.

Ключът към решението бил понятието „квазиадиабатно продължение“ (QAC), разработено от Хейстингс. Микалакис прекарва месеци в опити да разбере това понятие и да го приложи към проблема за квантовия ефект на Хол.

Основното постижение на Микалакис е да докаже, че проводимостта на Хол е квантова, без да е необходимо да се осреднява цялото фазово пространство – предположение, което е използвано във всички предишни опити за обяснение на явлението.

„Беше като решаване на пъзел, в който всяко парче трябваше да бъде намерено и поставено на мястото му.“

обяснява Микалакис

Работата му е завършена през ноември 2009 година, но са необходими още няколко години, за да бъде резултатът напълно приет от научната общност.

Изненадващият обрат в кариерата на Микалакис настъпва през 2014 година, когато той е поканен да консултира създателите на филма „Ант-Мен“ на Marvel Studios.

„Седях сам на голяма конферентна маса, когато познат глас ме поздрави: „Хей, ти трябва да си Спирос!“ Обърнах се и видях Пол Ръд, холивудски актьор с прочутата си обезоръжаваща усмивка.“

спомня си Микалакис

Задачата му била да обясни какво се случва с физиката на квантово ниво. Идеите на Микалакис за „квантовия свят“ са включени в сценария на филма, а по-късно стават ключов елемент от сюжета на блокбъстъра „Отмъстителите: Краят“.

Работата на Микалакис открива нови хоризонти в областта на топологичните фази на материята. Днес тези изследвания проправят пътя за бъдещи технологии, като например широкомащабни квантови изчисления, устойчиви на грешки. Професор Ана Мария Рей от Университета на Колорадо в Боулдър продължава изследванията в тази област, като проучва фундаментални въпроси за природата на времето с помощта на квантови системи.

„Нашата работа показва, че квантовият свят може да има макроскопични проявления, които едва сега започваме да разбираме.“

казва Рей

Историята на Микалакис е не само разказ за научно откритие, но и урок по упоритост и вяра.

„Научих, че самочувствието ми не е свързано с успеха в живота. Постигнах напредък, като разделих даден проблем на прости части, които можех да разбера. За да го направя, трябваше да се примиря с това, че през повечето време се чувствам некомпетентен.“

споделя Микалакис

Тази история показва как упоритостта, интердисциплинарният подход и подкрепата на близките могат да доведат до пробиви не само в науката, но и в популярната култура, като направят сложните физични концепции достъпни и интересни за широката аудитория. От квантовия ефект на Хол до „квантовия свят“ във филмовата вселена на Marvel – пътуването на Спирос Микалакис демонстрира изненадващата връзка между фундаменталната наука и популярната култура, откривайки нови хоризонти за бъдещи изследвания и технологични иновации.