Mechanika kwantowa to podstawa niemal wszystkiego, co wiemy o prawach fizyki. Za jej pomocą naukowcy opisują zarówno pola sił fundamentalnych sił takich, jak: elektromagnetyzm czy oddziaływania jądrowe, jak i materię, składając z tych elementów coraz bardziej zaawansowane teorie tłumaczące funkcjonowanie kosmosu. W tej układance wciąż brakuje kluczowego elementu – kwantowego opisu grawitacji. Bo dlaczego miałaby ona nie spełniać jej podstawowych założeń?
Grawitacja, dotychczas opisana najlepiej przez ogólną teorię względności Einsteina, pozostaje zjawiskiem klasycznym. W przeciwieństwie do innych oddziaływań nie udało się jej jak dotąd ująć w ramy mechaniki kwantowej. To rozbieżność, która od dekad stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej fizyki. Brak zunifikowanej teorii łączącej klasyczną grawitację z mechaniką kwantową budzi ogromne zainteresowanie naukowców, ponieważ określenie tego zjawiska mogłoby fundamentalnie zmienić nasze pojmowanie wszechświata.
Badania opublikowane w Physical Review Letters proponują dosyć ciekawą metodę zbadania kwantowej natury grawitacji. Zamiast próbować bezpośrednio dowodzić jej kwantowego charakteru, badacze postanowili sprawdzić, czy grawitacja spełnia podstawowe zasady mechaniki kwantowej — np. superpozycję. To stan, w którym obiekt – w przypadku proponowanej metody jest to mikroskopijny kryształ – może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie, dopóki nie zostanie zmierzony.
Eksperyment zakłada wprowadzenie kryształu w stan superpozycji, a następnie przeprowadzenie dwóch różnych testów. W pierwszym badaniu stan kryształu jest rejestrowany, co stanowi rodzaj grupy kontrolnej. W drugim blisko pierwszego kryształu umieszczany jest drugi nanokryształ. Teoretycznie, słaba siła grawitacyjna oddziałująca między nimi powinna wpłynąć na stan pierwszego kryształu.
Naukowcy planują sprawdzić, czy ta interakcja zmienia stan pierwszego kryształu w sposób charakterystyczny dla typowego zjawiska w mechanice kwantowej, które opisuje się jako "zaburzenie wywołane pomiarem" Jeśli pomiar wykaże różnice w stanie kryształu po oddziaływaniu grawitacyjnym, mogłoby to stanowić pierwszy dowód na kwantową naturę grawitacji. Nie otrzymalibyśmy w tym wypadku pełnej teorii, ale... byłby to dobry pierwszy krok w tej materii.
Jak podkreślają autorzy badań, testy te mogą pomóc w określeniu, czy grawitacja działa zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, czy też wymaga nowej, nieklasycznej teorii. Droga do całkowitego rozwiązania zagadki kwantowej grawitacji będzie z pewnością długa, ale sukces tych eksperymentów otworzyłby nowe możliwości w badaniach nad naturą wszechświata. No i pozbylibyśmy się istotnej luki w kontekście relacji grawitacji ze współczesną fizyką.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
