Чому атоми можуть одночасно перебувати в кількох квантових станах, а звичайні предмети навколо нас поводяться цілком передбачувано? Одне з можливих пояснень пов’язане з гравітацією та крихітними коливаннями простору-часу. Проте новий експеримент у підземній лабораторії в Італії поставив під сумнів одну з найдавніших теорій такого механізму.
Дослідники протягом 62 днів шукали надзвичайно слабке випромінювання, яке, згідно з моделлю угорського фізика Фридьєша Каройгазі, мало виникати через гравітаційні флуктуації. Очікуваного сигналу не виявили. Результати дослідження опублікували в журналі New Journal of Physics у червні 2026 року.
Чому квантовий світ не схожий на звичайний?
У квантовій фізиці частинки можуть перебувати в суперпозиції — стані, що поєднує кілька можливих варіантів одночасно. Відомий уявний експеримент Ервіна Шредінгера з котом ілюструє цю незвичну властивість: у квантовому описі кіт у закритій коробці опиняється в суперпозиції живого й мертвого станів.
Але великі об’єкти, які ми спостерігаємо щодня, не демонструють подібної поведінки. Один із процесів, що допомагає пояснити цю відмінність, називають декогеренцією. Коли квантова система взаємодіє з навколишнім середовищем, інформація про її стан розсіюється, а характерні квантові ефекти стає дедалі складніше спостерігати.
Чому саме квантова поведінка переходить у звичну для нас класичну картину, досі залишається одним із фундаментальних питань фізики.
Як гравітація могла б руйнувати суперпозицію
У 1960-х роках Фридьєш Каройгазі запропонував, що простір-час може зазнавати надзвичайно малих випадкових флуктуацій. Згідно з цією гіпотезою, вони поступово порушують квантову суперпозицію, через що макроскопічні об’єкти не можуть довго зберігати незвичайні квантові стани.
Ідея пов’язує квантову механіку із загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна, в якій гравітація описується через викривлення простору-часу. Проте самі передбачувані флуктуації надзвичайно складно виміряти безпосередньо.
Тому дослідники шукали їхній можливий побічний ефект. Якщо заряджені частинки під дією таких коливань зазнають крихітних випадкових прискорень, вони мають випромінювати електромагнітні хвилі. Виявлення цього слабкого випромінювання могло б підтвердити передбачення моделі, а його відсутність — обмежити можливість такого пояснення.
62 дні вимірювань під товщею гірської породи
Експеримент провели в Національній лабораторії Гран-Сассо в Італії, розташованій приблизно за 1,4 кілометра під поверхнею гори. Товща породи захищає обладнання від значної частини космічного випромінювання, яке могло б замаскувати надзвичайно слабкий сигнал.
Науковці використали детектор із високочистого германію, оточений шарами міді та свинцю. Таке екранування допомагає зменшити вплив фонового випромінювання та відокремити можливий сигнал від інших фізичних процесів.
Після 62 днів збору даних команда проаналізувала вимірювання, врахувавши очікуваний радіаційний фон. Ознак випромінювання, яке передбачала перевірена модель Каройгазі, не знайшли.
Це не означає, що експеримент довів неможливість будь-яких гравітаційних флуктуацій. Він показав, що конкретна версія теорії не узгоджується з отриманими обмеженнями.
Що це змінює для пошуку квантової гравітації?
Результат звужує коло можливих пояснень того, як квантові системи втрачають суперпозицію. Водночас він не виключає, що гравітація може впливати на декогеренцію через інші механізми.
Дослідження також не доводить існування мінімальної довжини — граничного масштабу, на якому звичне уявлення про простір-час може перестати працювати. Це питання залишається відкритим у різних підходах до об’єднання квантової механіки із загальною теорією відносності.
Головне досягнення роботи полягає в тому, що теоретичне припущення, яке десятиліттями залишалося предметом дискусій, вдалося перевірити за допомогою точних вимірювань. Подальші експерименти з чутливішими детекторами допоможуть з’ясувати, чи приховує гравітація ще не відкритий механізм переходу від квантового світу до звичної нам реальності.