Поиск квантовой гравитации — это попытка примирить общую теорию относительности с квантовой механикой, описывающей все фундаментальные взаимодействия, за исключением гравитации. Обе теории необходимы для объяснения того, что происходит внутри черных дыр и происходило до Большого взрыва. И обе теории пока не получается объединить в одну. Команда физиков Имперского колледжа Лондона предложила эксперимент по проверке истинной природы квантовой гравитации.

Если гравитация является силой квантовой механики, предположил Сугато Бозе и его коллеги, то соседние свободнопадающие тела, каждое из которых находится в суперпозиции в двух местах одновременно, могут стать спутанными под воздействием гравитации, так что измерение свойств одного тела сможет мгновенно воздействовать и на другое. Для проверки этой гипотезы физики предложили эксперимент.

Для его проведения требуется нейтрально заряженная масса весом 10 в −14 степени кг. Внутри массы есть вещество со свойством спина, который может быть ориентирован вверх или вниз. Эта масса падает сквозь постоянно меняющееся магнитное поле, которое меняет ее путь в зависимости от спина. Как будто она движется по дороге, добирается до развилки и выбирает один вариант, если спин расположен вверх, и другой — если вниз.

Когда масса падает, она пребывает в суперпозиции, находясь одновременно на двух путях. Затем серии микроволновых импульсов воздействуют на спин в разные этапы падения и на пути, которые оно выбирает. В конце пути снова сходятся, и масса возвращается в исходное состояние.

Во время эксперимента две такие массы будут сброшены через магнитное поле, и у каждой из них есть два возможных пути. Всего получается 4 варианта, один из которых представляет состояние, в котором массы подошли друг к другу ближе всего. Это расстояние должно быть не менее 200 микрометров, чтобы избежать других воздействий. Как только массы возвращаются в изначальное состояние, ученые проверят, оказались ли их спины спутанными, и это даст ответ на вопрос, действительно ли гравитация является квантовым взаимодействием. Разумеется, это произойдет только в том случае, если не будет других вариантов объяснения их запутанности, например, электромагнитных взаимодействий или эффекта Казимира.

Фото: Manuela Schewe-Behnisch / EyeEm / Getty

Бозе подчеркивает, что нулевой результат — при котором не наблюдается никакой запутанности — не будет доказывать, что гравитация является классической силой, пока эксперимент не исключит все остальные варианты взаимодействия с окружающей средой, которые могли бы нарушить запутанность — столкновение с фотонами или молекулами, например.

Самой сложной задачей при проведении такого эксперимента станет приведение таких относительно массивных тел в суперпозицию. До сих пор самые крупные тела, которые наблюдались в двух местах одновременно, были на несколько порядков меньше, чем необходимо для этого опыта, сообщает New Scientist.

Согласно предположению физиков Института Макса Планка, гравитация может возникать из спонтанных флуктуаций на квантовом уровне. Выдвинуть подобную гипотезу ученым помогла модифицированная модель Жирарди — Римини — Вебера.