Квантова гравітація: фізики наближаються до створення теорії, яка змінить наше сприйняття Всесвіту.

Фізики запропонували спосіб, який допоможе пролити світло на квантову гравітацію. Гравітація — це єдина фундаментальна сила у Всесвіті, яка не вписується в сучасну квантову структуру. Тому вчені шукають шлях для створення теорії квантової гравітації, яка змогла б описати всю відому фізику. Дослідження опубліковане в журналі Physical Review Letters, пише Popular Mechanics.

Теорія, що описує всю фізику

Практично все, що вченим відомо про Всесвіт, зводиться до правил квантової механіки. Майже все можна описати як поля, включаючи такі фундаментальні сили, як електромагнітна, слабка та сильна взаємодії, а також матерію. Але є одне виключення, і воно називається гравітація.

Як вдалося довести фізикам, гравітація не є квантовою, хоча теоретично повинна бути такою. Досі немає квантового опису гравітації, який зазвичай називають теорією квантової гравітації. Найкраще гравітацію наразі описує загальна теорія відносності Ейнштейна. Але розрив між класичною гравітацією та відомими квантовими полями є причиною того, що вчені продовжують шукати спосіб створення так званої теорії Великого об'єднання, яка могла б описати всю відому фізику, тобто об'єднати класичну та квантову фізику. Така теорія може кардинально змінити наше уявлення про Всесвіт.

Спосіб виявлення квантової гравітації

Автори нового дослідження запропонували спосіб, за допомогою якого можна перевірити існування гравітації у квантовому світі. За словами фізиків, замість того, щоб намагатися довести існування квантової гравітації, можна спростувати чисто класичну гравітацію, показавши, що вимірювання цієї сили підпорядковується принаймні одному квантовому правилу: суперпозиції.

Фізики пропонують створити крихітний нанокристал і помістити його в стан суперпозиції. Це квантовий стан, у якому будь-який об'єкт, але найчастіше частинка, перебуває в станах одночасно, поки його не виміряють.

Автори дослідження стверджують, що, оскільки квантова механіка визначається не лише принципом суперпозиції, спостереження наявності квантової заплутаності означатиме, що гравітація описується або квантовою механікою, або невідомою теорією некласичної фізики, яка підпорядковується принципу суперпозиції. Щоб дізнатися, чи насправді гравітація є квантовою, потрібно перевірити інші постулати квантової механіки щодо гравітації.

Квантова природа гравітації

Вчені вважають, що після створення стану суперпозиції потрібно виконати два дії. Спочатку, щоб створити свого роду контрольну групу, потрібно виміряти кристал у стані суперпозиції та визначити його кінцевий стан. Потім розмістити поруч з нанокристалом ще один такий же кристал, але він має бути так близько до першого, щоб між ними виникла дуже слабка гравітаційна сила.

Теоретично гравітацію другого кристала має відчувати перший кристал у стані суперпозиції. Потім фізики знову виміряють перший кристал і побачать, чи відрізняється його кінцевий стан від того, коли він був виміряний до втручання другого кристала. Це ефект, викликаний явищем, відомим як квантове збурення, яке виникає лише в тому випадку, якщо діють квантові ефекти.

За словами фізиків, якщо стан насправді відрізняється, це буде першим доказом того, що гравітація дійсно має квантову природу. Хоча це ще не буде повним доказом існування квантової гравітації, але це величезний крок вперед до її розуміння.