Исследование: эксперименты, которые могли бы доказать «квантовость» гравитации, достижимы
Гравитация пронизывает каждую часть нашего мира, притягивая нас к Земле и связывая воедино Солнечную систему, галактики и Вселенную, по которой движется наша планета.
Тем не менее, мысль о том, что гравитация, невидимая сила, могла бы существовать обладать теми же квантовыми свойствами, что и самые мельчайшие части материи, — это одна из самых диких идей в физике, которую чертовски сложно проверить.
Теперь группа физиков из Нидерландов и Германии утверждает, что они разработали те самые эксперименты, которые могли бы выяснить, является ли гравитация фундаментально квантовой силой, ее свойства формируются в минимально возможных масштабах, или классической, геометрической, как предполагал Эйнштейн.
Три из четырех фундаментальных сил природы может быть описана квантовой механикой, но еще не гравитацией — самой слабой из всех. Выяснение того, является ли гравитация классической или квантовой по своей природе, могло бы помочь примирить эти очевидные различия, а также помочь разрешить некоторые из ныне неразгаданных загадок гравитации.
Обычно квантовая механика связана с мельчайшими частями нашего тела. мир, где мы видим квантовые эффекты наиболее четко: между субатомными частицами, такими как электроны, пакетами света, называемыми фотонами, целыми атомами и даже молекулами.
Однако теоретически все объекты – от планет до солнечных систем, целых галактик, и, возможно, вся Вселенная – может быть описана законами квантовой механики, существующими как спектр возможностей до того, как их начнут наблюдать.
Однако по мере того, как объекты увеличиваются в размерах, накапливая гравитацию, они имеют тенденцию терять их квантовые характеристики и допускают ошибку с классической стороны – именно так мы их и узнали.
Однако, если бы более тяжелые массы с более сильными гравитационными полями могли вести себя как квантовая частица, существующая в нескольких состояниях при раз и запутавшись, то обнаружить его будет безумно сложно. Это потому, что квантовая запутанность, которая до сих пор была основным тестом на «квантовость», невероятно хрупка и разрушается при малейшем возмущении даже на субатомных уровнях.
«Чрезвычайная слабость гравитационного взаимодействия, по сравнению со всеми другими силами, поставило нас в горькое положение, когда мы до сих пор не можем исследовать ее конечную природу», — пишут в своей статье Людовико Лами, физик-математик из Амстердамского университета, и его коллеги. p>
В предыдущих экспериментах по поиску квантовой запутанности между массами и их гравитационными полями самый тяжелый объект, который физики наблюдали, переходящий в запутанное состояние, был более чем в квинтиллион раз легче самой маленькой массы, для которой было обнаружено гравитационное поле. . По словам ученых, это все еще слишком мало, чтобы создать «заметное гравитационное поле».
Чтобы выйти из этого тупика, Лами и его коллеги вместо этого предложили серию экспериментов, которые могли бы выявить «квантовость» гравитацию без создания или обнаружения какого-либо запутывания.
В экспериментах будут задействованы два крутильных маятника, похожие на тот, который английский ученый Генри Кавендиш использовал для первого измерения силы гравитации в 1797 году, а также несколько щитов, зеркала и лазеры.
Эти эксперименты пока остаются полностью теоретическими, но это не помешало Лами и его коллегам вычислить верхние границы некоторых экспериментальных сигналов квантовости, которые гравитация, если она классическая, не должна быть в состоянии преодолеть.
«Мы тщательно проанализировали экспериментальные требования, необходимые для реализации нашего предложения в реальных экспериментах, — объясняет Лами, — и обнаружили, что, хотя некоторая степень технологического прогресса все еще необходима, такие эксперименты действительно скоро может оказаться в пределах досягаемости».
Однако в своих расчетах исследователи сделали некоторые предположения, которые горячо обсуждаются. Есть также дополнительные предложения относительно других настольных экспериментов, которые могли бы обнаружить квантовую гравитацию.
Исследование было опубликовано в Physical Review X.
