Създаден е квантов симулатор за изучаване на връзката между Общата теория на относителността и квантовата физика

Точките на сближаване между квантовата физика и общата теория на относителността са трудни за изучаване, но учените са успели да разработят модел, който може да реши този проблем. Той дава възможност квантовите частици да бъдат настроени по такъв начин, че резултатът да бъде превърнат в информация за друга система, която е много по-трудно да се наблюдава. Този „квантов симулатор“ може да доведе до нови открития в теорията на относителността и квантовата физика.

Общата теория на относителността работи добре, когато става въпрос за обяснение на явления от космически мащаб, като гравитационните вълни, причинени от сблъсъци на черни дупки. Квантовата теория е отлична за описване на явления на ниво частици, като например поведението на отделните атоми. Но все още не е намерен задоволителен начин, по който учените да съчетаят двете теории. Отчасти поради много сложните математически изчисления. Отчасти заради проблемите с провеждането на подходящи експерименти: трябва да се измисли ситуация, в която важна роля играят както явленията на относителността, така и квантовите ефекти.

Физици от Техническия университет във Виена са разработили нов подход към този проблем – т.нар. квантов симулатор. Вместо да изследват директно система от квантови частици в изкривено пространство-време, те предлагат да се създаде „моделна система“, която позволява по аналогия да се получи информация за интересуващата учените система, пише Science Daily.

Същността на революционната идеята за квантовия симулатор не е сложна: много физически системи си приличат. Дори да се състоят от напълно различни частици или да имат различни мащаби, те се подчиняват на едни и същи закони и уравнения. Следователно, изучавайки едната система, човек може да научи нещо за другата.

Учените са използвали квантовия симулатор, за да изследват кривината на пространство-времето. Във вакуум светлината се движи по протежение на така наречения светлинен конус. Скоростта на светлината е константа. Ако обаче светлината е повлияна от голяма маса, светлинният конус се огъва. Траекториите на лъчите вече не са идеално прави в изкривеното пространство-време. Това явление се нарича ефекта на гравитационната леща.

Сега същото може да бъде показано в свръхстуден атомен облак, като се използва скоростта на звука вместо скоростта на светлината и всичко това се контролира с електромагнитни полета. По този начин учените разполагат с ефект, който съответства на кривината на пространство-времето, но в същото време това е квантова система, която може да бъде описана с помощта на квантовата теория на полето. С други думи, налице е изцяло нов инструмент за изследване на връзката между теорията на относителността и квантовата теория. Очакванията са квантовият симулатор да доведе до още много открития, хипотези и теории.