• Vedci vyvíjajú experiment na testovanie, či je gravitácia kvantová alebo nie
• V kvantovej mechanike, ktorá popisuje správanie atómov a molekúl, sa veci správajú inak ako všetko, čo poznáme: môžu byť v stave kvantovej superpozície tak, že sú na dvoch miestach súčasne.
• Teraz vedci hľadajú spôsob, ako zistiť, či gravitácia funguje týmto spôsobom, levitovaním malých diamantov do vákua
• Ak by gravitácia bola kvantová, diamanty by boli „zapletené“ – zaujímavý fenomén, ktorý silne spája dva objekty spôsobmi, ktoré sú v každodennom živote nemožné.
• Tento výskum pomôže pochopiť čierne diery veľký výbuchA vesmír

Experiment s kvantovou gravitáciou

Vedci vyvíjajú experiment na testovanie, či je gravitácia kvantová, čo je jedna z najhlbších otázok o našom vesmíre.

Všeobecná relativita a kvantová mechanika sú naše dva základné opisy prírody. Všeobecná relativita vysvetľuje gravitáciu vo veľkých mierkach, zatiaľ čo kvantová mechanika vysvetľuje správanie atómov a molekúl.

Výzva zjednocovania teórií

Pravdepodobne najdôležitejším nevyriešeným problémom základnej fyziky je správny spôsob, ako spojiť tieto dve teórie – určiť, či gravitácia funguje na kvantovej úrovni. Zatiaľ čo teoretická práca naznačila veľa možností, na úplné pochopenie správania gravitácie sú potrebné experimenty.

Laserový lúč v laboratóriu Gavina Morleyho skúma kvantové vlastnosti diamantov. Poďakovanie: Gavin Morley

Revolučný zážitok od globálneho konzorcia

Sto rokov sa experimenty s kvantovou povahou gravitácie zdali pritiahnuté za vlasy, ale teraz budú vedci z univerzít vo Warwicku, University College London, Yale (USA), Northwestern (USA) a Groningene (Holandsko) spolupracovať, aby preskúmať túto hádanku. .

Ich novou myšlienkou je zdvihnúť dva drobné diamanty do vákua a umiestniť ich oba do kvantovej superpozície bytia na dvoch miestach súčasne. Toto kontraintuitívne správanie je základnou črtou kvantovej mechaniky.

Vízia experimentu profesora Morleyho

Každý diamant si možno predstaviť ako menšiu verziu Schrödingerovej mačky. Hlavný riešiteľ profesor Gavin Morley, Katedra fyziky, University of WarwickVysvetľuje: „Schrödingerova mačka je myšlienkový experiment, ktorý naznačuje, že by bolo naozaj zvláštne, keby sa predmety dennej potreby (a domáce zvieratá!) nachádzali v stave kvantovej superpozície, pretože sú na dvoch miestach súčasne. Chceme otestovať hranice tohto nápad.“

„Úspešne sme umiestnili atómy a molekuly do tohto stavu superpozície, ale chceme to urobiť s oveľa väčšími objektmi. Naše diamanty sa skladajú z miliardy alebo viacerých atómov. Aby sme otestovali kvantovú povahu gravitácie, musíme hľadať interakcie medzi dvoma z týchto diamantov v dôsledku gravitácie.“

„Ak by gravitácia bola kvantová, bola by schopná zamotať dva diamanty. Zapletenie je jedinečný kvantový efekt, pri ktorom sú dve veci prepojené silnejšie, ako je možné v našom každodennom živote. Ak by sa napríklad dali zamotať dve mince, možno by ste zistili, že keď ich otočíte, padnú rovnakým spôsobom, aj keď nie je možné vedieť, či budú obe hlavy alebo chvosty.

Výzvy a dôsledky

Pri realizácii tohto nápadu je ešte veľa výziev, ktoré tím počas projektu preskúma. „Napríklad musíme eliminovať všetky interakcie medzi nanočasticami okrem gravitácie, čo je veľmi ťažké, pretože gravitácia je taká slabá,“ hovorí Dr. David Moore, z Univerzita Yale.

Profesor Morley, ktorý je zakladajúcim riaditeľom Warwick Quantum, novej multidisciplinárnej výskumnej iniciatívy v oblasti kvantovej technológie, dodal: „Pre mňa je momentálne najdôležitejším problémom fyziky vývoj experimentu, ktorý dokáže otestovať kvantovú povahu gravitácie. Tento nový projekt je zrýchlením našej vzrušujúcej cesty práve k tomu.

Pohľady spolupracujúcich vedcov

Profesor Sugato Bose z University College London poznamenal: „Je ťažké preceňovať, aké dôležité je pre fyzikov vykonávať experimenty, ktoré dokážu objaviť správny spôsob, ako spojiť kvantovú mechaniku a všeobecnú teóriu relativity. Ľudia pracujúci na teóriách kvantovej gravitácie, ako napr. teória strún, zvyčajne sa zameriava na Čo sa deje pri vysokých energiách, v blízkosti čiernych dier a pri veľkom tresku.

„Naproti tomu naša práca sa vykonáva v nízkoenergetickom režime tu na Zemi, ale poskytne aj neoceniteľné informácie o… či Gravitácia je kvantová. Experiment možno považovať aj za overenie všeobecnej predpovede akejkoľvek kvantovej teórie gravitácie pri nízkych energiách.

Profesor Anupam Mazumdar z Univerzity v Groningene dodáva: „Na ceste k pochopeniu kvantovej povahy gravitácie môžeme byť schopní otestovať ďalšie aspekty základnej fyziky, ako sú exotické odchýlky od newtonovskej gravitácie na krátke vzdialenosti.

„Ide o náročný experiment a tento projekt je prelomový v riešení niektorých kľúčových technických výziev na to, aby sa tieto testy kvantových aspektov gravitácie stali realitou,“ hovorí Andrew Geraci, docent fyziky. Severozápadná univerzita.

Projekt sa nazýva „MAST-QG: Makroskopické superpozície k pozorovaniu kvantovej povahy gravitácie.“