Je gravitácia kvantová? Nový experiment na preskúmanie najhlbšej záhady vesmíru

• Vedci vyvíjajú experiment na testovanie, či je gravitácia kvantová
• V kvantovej mechanike, ktorá opisuje správanie atómov a molekúl, sa objekty správajú inak, ako ich poznáme: môžu byť v kvantovej superpozícii bytia na dvoch miestach súčasne.
• Teraz vedci skúmajú spôsob, ako zistiť, či gravitácia funguje týmto spôsobom, levitovaním mikroskopických diamantov vo vákuu.
• Ak je gravitácia kvantová, „zapletá“ diamanty – zaujímavý jav, ktorý pevne spája dva objekty spôsobom, ktorý je v každodennom živote nemožný.
• Tento výskum pomôže zlepšiť pochopenie čiernych dier veľký treska vesmír

experiment s kvantovou gravitáciou

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

Všeobecná relativita a kvantová mechanika sú dva najzákladnejšie popisy prírody, ktoré máme. Všeobecná relativita vysvetľuje gravitáciu vo veľkých mierkach, zatiaľ čo kvantová mechanika vysvetľuje správanie atómov a molekúl.

Výzva integračných princípov

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

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

Revolučný experiment Global Consortium

Sto rokov sa zdalo, že experimenty s kvantovou povahou gravitácie sú mimo dosahu, ale teraz vedci z univerzít vo Warwicku, UCL, Yale (USA), Northwestern (USA) a Groningene (Holandsko) budú spolupracovať na skúmaní tejto hádanky. ,

Ich novou myšlienkou je levitovať dva mikrodiamanty vo vákuu a umiestniť každý do kvantovej superpozície bytia na dvoch miestach súčasne. Toto protiintuitívne správanie je základnou črtou kvantovej mechaniky.

Pohľad profesora Morleyho na experiment

Každý diamant možno považovať za menšiu verziu Schrödingerovej mačky. Hlavný riešiteľ profesor Gavin Morley, Katedra fyziky, University of Warwick, vysvetľuje: „Schrödingerova mačka je myšlienkový experiment, ktorý poukazuje na to, že by bolo naozaj zvláštne, keby predmety dennej potreby (a domáce zvieratá!) mohli byť v kvantovej superpozícii na dvoch miestach súčasne. Chceme otestovať hranice tejto myšlienky.

„Atómy a molekuly boli úspešne uvedené do takýchto superpozičných stavov, ale chceme to urobiť s oveľa väčšími objektmi. Naše diamanty sa skladajú z miliardy atómov alebo viac. Aby sme otestovali kvantovú povahu gravitácie, budeme hľadať interakciu medzi dvoma takýmito diamantmi v dôsledku gravitácie.

„Ak je gravitácia kvantová, bola by schopná zamotať dva diamanty. Zapletenie je jedinečný kvantový efekt, kde sú dve veci prepojené pevnejšie, ako je možné v našom každodennom živote. Napríklad, ak sa pomiešajú dve mince, zistíte, že kedykoľvek ich hodíte, obe vyjdú rovnakým spôsobom, aj keď nie je možné vopred vedieť, či budú obe hlavy alebo obidva chvosty.“

Výzvy a dôsledky

Pri realizácii tejto myšlienky je stále veľa výziev, ktoré tím bude v priebehu projektu skúmať. „Napríklad potrebujeme eliminovať všetky interakcie medzi nanočasticami okrem gravitácie, čo je neuveriteľne náročné, pretože gravitácia je taká slabá,“ hovorí Dr. David Moore. Univerzita Yale,

Profesor Morley, ktorý je zakladajúcim riaditeľom Warwick Quantum, novej interdisciplinárnej iniciatívy pre výskum kvantových technológií, povedal: „Pre mňa je momentálne najdôležitejším problémom fyziky vyvinúť experiment, ktorý dokáže otestovať kvantovú povahu gravitácie. Tento nový projekt je zrýchlením našej vzrušujúcej cesty týmto smerom.

Pohľady spolupracujúcich vedcov

Profesor Saugato Bose z UCL poznamenal: „Je ťažké preceňovať, aké dôležité bude pre fyzikov vykonávať experimenty, ktoré dokážu preskúmať správny spôsob kombinácie kvantovej mechaniky a všeobecnej teórie relativity. Práca na teóriách kvantovej gravitácie, ako je teória strún Ľudia, ktorí to robia toto sa zvyčajne zameriava na to, čo sa deje pri vysokej energii, v blízkosti čiernych dier a pri veľkom tresku.

„Naproti tomu naša práca je v nízkoenergetickom systéme práve tu na Zemi, ale poskytne aj neoceniteľné informácie o či Gravitácia je kvantová. Tento experiment možno považovať aj za overenie všeobecnej predpovede akejkoľvek kvantovej teórie gravitácie pri nízkych energiách.

„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,“ hovorí profesor Anupam Majumdar z Univerzity v Groningene.

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

Projekt sa nazýva „MAST-QG: makroskopická superpozícia k pozorovaniu kvantovej povahy gravitácie“.