Измислен е експеримент, който ще покаже дали гравитацията има квантова природа

Един от най-големите неразрешени въпроси в съвременната наука е несъвместимостта между Общата теория на относителността на Айнщайн и квантовата механика. Екип от учени от САЩ и Япония предлагат нова експериментална стратегия, която да доближи науката до отговора на въпроса дали гравитацията се подчинява на законите на квантовата механика. Методът им е да усилят квантовото заплитане, предизвикано от гравитацията, с помощта на движещи се огледала. Ако подобно заплитане може да бъде наблюдавано, това би било убедително доказателство, че гравитацията не може да бъде описана само от класическата физика.

Концепцията за гравитационно индуцирано заплитане гласи, че ако гравитацията е квантова по природа, между два обекта може да възникне квантово заплитане чрез гравитационно въздействие. Въпреки това е изключително трудно да се регистрира този ефект, тъй като гравитацията е изключително слаба в малки мащаби.

Един от подходите е относително големите обекти да се приведат в квантов режим чрез охлаждането им до основно състояние, при което топлинните флуктуации са сведени до минимум. Квантовата компресия намалява неопределеността на едно свойство (например импулса) за сметка на увеличаване на неопределеността на друго (положението), съгласно принципа на Хайзенберг.

Прилагайки този подход, изследователската група предлага метод за увеличаване на гравитационно индуцираното заплитане чрез създаване на състояние на компресия на импулса в движещи се огледала. В такова състояние импулсът на огледалото става много точен, а позицията – по-неясна. В резултат на това огледалото съществува върху голяма област от пространството в квантова суперпозиция, пише Mirage.

„Ние демонстрирахме, че използването на това състояние на компресиран импулс значително разширява квантовата суперпозиция на позицията на огледалото, като по този начин значително засилва сигнала за квантово заплитане, генериран от гравитацията. Това представлява нова стратегия, която ще бъде полезна за бъдещи експерименти за тестване на квантовата природа на гравитацията –

казва Ямамото Кацухиро от университета Кюшу, ръководител на екипа.

Екипът е постигнал това състояние в оптично-механична кухина. Чрез непрекъснато измерване на изходящата светлина и филтриране на сигнала за намаляване на топлинния шум чрез оптично квантово филтриране изследователите показаха, че при подходящи условия наистина се появява компресирано по импулс състояние.

Макар работата да остава теоретична, техническите условия за създаване на състояние с компресиран импулс вече съществуват, особено в среди със свръхниски температури, висок вакуум или в космоса. Ако бъдещи експерименти открият гравитационно индуцирано заплитане, това ще бъде пряко доказателство, че гравитацията се подчинява на квантовите закони.

Ако бъде успешно проведен, този експеримент ще хвърли мост над пропастта между макрокосмоса и квантовия свят, полагайки основите на обединена теория на всичко. Това би променило фундаментално нашето разбиране за структурата на Вселената и произхода на самото пространство-време.