Je gravitace veličina? Nová zkušenost k prozkoumání hlubin vesmíru

• Vědci vyvíjejí experiment, aby otestovali, zda je gravitace kvantová nebo ne
• V kvantové mechanice, která popisuje chování atomů a molekul, se věci chovají odlišně od všeho, co známe: mohou být ve stavu kvantové superpozice, takže jsou na dvou místech současně.
• Nyní vědci hledají způsob, jak zjistit, zda gravitace funguje tímto způsobem, levitováním malých diamantů do vakua
• Pokud by gravitace byla kvantová, diamanty by byly „propletené“ – zajímavý jev, který silně spojuje dva objekty způsoby, které jsou v každodenním životě nemožné.
• Tento výzkum pomůže pochopit černé díry velký výbuchA vesmír

Experiment s kvantovou gravitací

Vědci vyvíjejí experiment, aby otestovali, zda je gravitace kvantová, což je jedna z nejhlubších otázek o našem vesmíru.

Obecná teorie relativity a kvantová mechanika jsou naše dva základní popisy přírody. Obecná teorie relativity vysvětluje gravitaci ve velkých měřítcích, zatímco kvantová mechanika vysvětluje chování atomů a molekul.

Výzva sjednocení teorií

Pravděpodobně nejdůležitějším nevyřešeným problémem základní fyziky je správný způsob, jak tyto dvě teorie zkombinovat – určit, zda gravitace funguje na kvantové úrovni. Zatímco teoretická práce navrhla mnoho možností, k úplnému pochopení chování gravitace jsou zapotřebí experimenty.

Laserový paprsek v laboratoři Gavina Morleyho zkoumá kvantové vlastnosti diamantů. Kredit: Gavin Morley

Revoluční zážitek globálního konsorcia

Po sto let se experimenty kvantové povahy gravitace zdály přitažené za vlasy, ale nyní budou vědci z University of Warwick, University College London, Yale (USA), Northwestern (USA) a Groningen (Nizozemsko) spolupracovat, aby prozkoumejte tuto hádanku. .

Jejich novou myšlenkou je zvednout dva drobné diamanty do vakua a umístit je oba do kvantové superpozice bytí na dvou místech současně. Toto kontraintuitivní chování je základním rysem kvantové mechaniky.

Vize experimentu profesora Morleyho

Každý diamant lze považovat za menší verzi Schrödingerovy kočky. Hlavní řešitel profesor Gavin Morley, Katedra fyziky, University of WarwickVysvětluje: „Schrödingerova kočka je myšlenkový experiment, který naznačuje, že by bylo opravdu zvláštní, aby předměty každodenní potřeby (a domácí mazlíčci!) byly ve stavu kvantové superpozice, protože jsou na dvou místech současně. Chceme otestovat limity tohoto idea.“

„Úspěšně jsme umístili atomy a molekuly do tohoto stavu superpozice, ale chceme to udělat s mnohem většími objekty. Naše diamanty se skládají z miliardy nebo více atomů. Abychom otestovali kvantovou povahu gravitace, musíme hledat interakce mezi dvěma z těchto diamantů vlivem gravitace.“

„Kdyby gravitace byla kvantová, byla by schopna zamotat dva diamanty. Zapletení je jedinečný kvantový efekt, kde jsou dvě věci propojeny silněji, než je možné v našem každodenním životě. Pokud by se například mohly zamotat dvě mince, mohli byste zjistit, že když je otočíte, padnou dolů stejným způsobem, i když není možné vědět, zda budou obě hlavy nebo ocasy.

Výzvy a důsledky

Při realizaci této myšlenky je stále mnoho výzev, které tým během projektu prozkoumá. „Potřebujeme například eliminovat všechny interakce mezi nanočásticemi kromě gravitace, což je velmi obtížné, protože gravitace je tak slabá,“ říká Dr. David Moore, z univerzita Yale.

Profesor Morley, který je zakládajícím ředitelem Warwick Quantum, nové multidisciplinární výzkumné iniciativy kvantové technologie, dodal: „Pro mě je teď nejdůležitějším problémem fyziky vývoj experimentu, který dokáže otestovat kvantovou povahu gravitace. Tento nový projekt je urychlením naší vzrušující cesty právě k tomu.

Pohledy spolupracujících vědců

Profesor Sugato Bose z University College London poznamenal: „Je těžké přeceňovat, jak důležité je pro fyziky provádět experimenty, které mohou objevit správný způsob, jak spojit kvantovou mechaniku a obecnou teorií relativity. Lidé pracující na teoriích kvantové gravitace, jako např. teorie strun, obvykle se zaměřují na Co se děje při vysokých energiích, v blízkosti černých děr a při velkém třesku.

„Naopak, naše práce je vykonávána v nízkoenergetickém režimu zde na Zemi, ale také poskytne neocenitelné informace o… zda Gravitace je kvantová. Experiment lze také považovat za ověření obecné predikce jakékoli kvantové teorie gravitace při nízkých energiích.

Profesor Anupam Mazumdar z Univerzity v Groningenu dodává: „Na cestě k pochopení kvantové povahy gravitace možná budeme schopni otestovat další aspekty základní fyziky, jako jsou exotické odchylky od newtonovské gravitace na krátké vzdálenosti.“

„Jde o náročný experiment a tento projekt je průlomový v řešení některých klíčových technických výzev k tomu, aby se tyto testy kvantových aspektů gravitace staly realitou,“ říká Andrew Geraci, docent fyziky. Severozápadní univerzita.

Projekt se jmenuje „MAST-QG: Makroskopické superpozice k pozorování kvantové povahy gravitace.“