Нова хипотеза обединява квантовата механика и гравитацията

Повечето изследователи вярват, че на фундаментално ниво всички явления се подчиняват на принципите на квантовата физика, но тези принципи изглеждат несъвместими с общоприетата теория за гравитацията. От години изследователите предлагат експерименти, за да проверят дали гравитацията може да предизвика явлението квантово заплитане. Наскоро двама физици теоретици усложниха ситуацията, като направиха парадоксално предложение: гравитацията може да има квантови ефекти, без самата тя да е част от квантовата теория.

Квантовото заплитане възниква, когато два обекта споделят общо квантово състояние. Това означава, че измерванията на свойствата на единия обект могат да предскажат с висока степен на достоверност резултатите от измерванията на другия обект. Предишни изследвания показаха, че ако два квантови обекта могат да бъдат заплетени чрез взаимно гравитационно привличане, то това привличане – а следователно и самата гравитация – трябва да е квантово по природа.

Ричард Хаул и Джоузеф Азиз от Royal Holloway, Лондонски университет, обаче твърдят, че това е твърде опростено описание. Вместо това те твърдят, че гравитацията може да има квантови ефекти, без сама по себе си да е квантова теория.

Учените изчисляват взаимодействието между две маси въз основа на опростената версия на общата теория на относителността – теория на гравитацията, предложена за първи път от Алберт Айнщайн през 1915 г. Изследователите са работили в контекста на квантовата теория на полето – по-усъвършенствана версия на квантовата физика, в която всичко, включително материята, е вълна, разпространяваща се в квантовото поле. Точно както фотоните са вълни в електромагнитно поле, така и електроните се превръщат във вълни в „електронното поле“.

Предишни изследователи твърдяха, че гравитационното поле от теорията на Айнщайн не може да създаде заплитане. Азиз и Хаул обаче твърдят, че когато две маси си взаимодействат, това става не само чрез самото гравитационно поле, но и чрез всички „полета на материята“, като например електронното поле, които наистина могат да генерират заплитане.

„Ако погледнем по-широко на това, от какво се състои гравитационното взаимодействие, става ясно, че класическите взаимодействия могат да създадат заплитане“,

казва Хаул.

Не всички учени са съгласни с това предположение. Джонатан Опенхайм, физик-теоретик от Университетския колеж в Лондон, смята, че именно квантовото взаимодействие, а не самата гравитация, служи като връзка за заплитането. „Въпреки това смятам, че тази статия демонстрира интересен феномен, който ще предизвика дебати“, добави той.

Изследователите са съгласни, че в краткосрочен план резултатите от разсъжденията на Хаул и Азиз няма да имат значение за експерименталната физика. Авторите са изчислили, че силата на ефекта на заплитане между две маси, създаден от класическата гравитация на Айнщайн, ще бъде много по-слаба от заплитането, което би възникнало, ако гравитацията е квантово явление. По този начин откриването на квантово заплитане в някои от предложените експерименти все пак би било доказателство, че гравитацията е квантова, и следователно би доказало необходимостта от замяна на теорията на Айнщайн с нова теория.

Изследването напомня за сложността на проблема за гравитацията, пише Nature, и че изследователите трябва да внимават за „имплицитните предположения“, които могат да повлияят на интерпретацията на експерименталните данни.