Вчені наблизилися до розгадки таємниці квантової гравітації: нова робота показує, що навіть класична гравітація може створювати квантове переплутування
У фізиці залишається нерозв’язаною одна з найбільших загадок: як поєднати дві фундаментальні теорії — квантову механіку, що керує світом елементарних частинок, і загальну теорію відносності Ейнштейна, яка описує поведінку масивних тіл і гравітації. Нове дослідження британських фізиків пропонує несподіваний шлях до зближення цих двох світів.
Коли гравітація переплітає частинки
У квантовій фізиці існує особливе явище — квантове переплутування, коли дві частинки стають пов’язаними так, що вимірювання однієї миттєво впливає на стан іншої, незалежно від відстані між ними. Для електромагнітної взаємодії за це відповідають фотони; для сильної та слабкої — глюони та бозони.
Гравітація ж залишається «недосказаною»: її гіпотетичний квант — гравітон — ще ніколи не був виявлений. Цього літа журнал Nature повідомив про зростаючі зусилля вчених раз і назавжди з’ясувати, чи існує квантова гравітація, оскільки наше теоретичне розуміння та експериментальні можливості покращуються.
Проте фізики Джозеф Азіз та Річард Хоул з Лондонського університету показали, що квантове переплутування може виникати навіть тоді, коли сама гравітація залишається класичною, тобто не розкладається на окремі частинки.
Їхнє дослідження, опубліковане в журналі Nature, ставить під сумнів традиційне уявлення про те, що гравітація обов’язково повинна бути квантовою, щоб спричиняти переплутування.
Чому це важливо для сучасної фізики
Як пояснює Хоул, інші фундаментальні сили ми змогли квантувати, оскільки вважали, що вони діють на тлі сталого простору-часу. Але гравітація описує сам простір-час, і тому не вписується у звичну схему.
У квантовій теорії переплутування гравітаційного походження зазвичай пов’язують з обміном віртуальними гравітонами — частинками, які існують на мить завдяки «дивним дозволам» квантової механіки. Азіз і Хоул запропонували інший підхід: класичне гравітаційне поле може взаємодіяти з матерією так, що це створює переплутування без гравітонів.
Тобто гравітація може бути класичною, але її взаємодія з квантовими частинками — квантовою.
Чи заперечує це існування квантової гравітації?
Ні. Науковці наголошують: їхня гіпотеза не виключає існування квантової гравітації. Більше того, вони пропонують спосіб розрізнити ці дві можливості:
- Квантова гравітація створювала б сильніші та чіткіші кореляції між переплутаними частинками.
- Класична гравітація породжувала б слабше переплутування через статистичні обмеження.
Ця різниця може стати ключем до майбутніх експериментів — своєрідним «детектором» природи гравітації.
Шлях до експериментального підтвердження
Провести дослід у реальних умовах надзвичайно складно — треба ізолювати частинки від усіх факторів, які можуть зруйнувати квантову суперпозицію. Проте вчені переконані, що такі експерименти можливі, якщо технології продовжать розвиватися. Хоул зазначає: фізики вже не раз долали надзвичайно складні перепони. Об’єднати квантову механіку і загальну теорію відносності — наступна велика мета.
Нові ідеї на кшталт цієї просувають нас ближче до розуміння того, що відбувається на кордоні між двома фундаментальними теоріями. Чи є гравітація квантовою — питання, яке може докорінно змінити наше уявлення про Всесвіт. Нове дослідження не дає остаточної відповіді, але окреслює новий шлях, яким може рухатися фізика майбутнього.