Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dosud nevíme, zda povaha gravitace je klasická („čistě geometrická“), jak předpokládá Einsteinova obecná relativita, nebo zda se řídí zákony kvantové mechaniky. Propojení gravitace a kvantové mechaniky se už po desetiletí pokládá za jednu z největších výzev moderní fyziky.
Až dosud se všechny experimentální návrhy na zodpovězení této otázky opíraly o vytvoření kvantové provázanosti mezi těžkými makroskopickými hmotami. Čím je však hmotnost objektu větší, tím více má tendenci ztrácet své kvantové vlastnosti a stávat se „klasickým“.
Obecně lze říci, že pokroku v této oblasti brání skutečnost, že zatím nedokážeme provádět experimenty v režimech, kde se uplatňují jak kvantové, tak gravitační efekty. Na zásadnější úrovni, jak kdysi řekl nositel Nobelovy ceny Roger Penrose, ani nevíme, zda kombinovaná teorie gravitace a kvantové mechaniky bude vyžadovat „kvantování gravitace“ nebo „gravitování kvantové mechaniky“ (poznámka: tj. jaký přístup, jaká část fyziky je „fundamentálnější“, dalo by se říct). Vždy se zdálo, že pro zodpovězení těchto otázek bude hrát hlavní roli jev kvantové provázanosti. Ludovico Lami z Amsterodamské univerzity v této souvislosti uvádí: „Ústřední otázkou, kterou původně položil Richard Feynman v roce 1957, je pochopit, zda gravitační pole hmotného objektu může vstoupit do tzv. kvantové superpozice, kdy by se nacházelo v několika stavech současně. Existence takového propletení by falzifikovala hypotézu, že gravitační pole je čistě lokální a klasické.“
Hlavním problémem zde ale je, že vzdálené, ale provázané hmotné objekty je velmi obtížné vytvořit. Nejtěžší objekt, u kterého byla kvantová delokalizace dosud pozorována, je velká molekula. A ta je mnohem lehčí než nejmenší částice („hmota“), u niž se podařilo detekovat gravitační pole – hmotnost necelých 100 mg znamená oproti velké molekule rozdíl více než 9 řádů. Podobný experiment, kde se oba světy „protnou“, sotva dokážeme provést dříve než za několik desetiletí (pokud vůbec).
Vědci z Amsterdamu a Ulmu (kde se mimochodem narodil Albert Einstein) navrhli proto experiment, který tyto problémy obchází. Eventuální kvantová povaha gravitace by se mohla projevit i bez entanglementu. „Navrhujeme a zkoumáme třídu experimentů zahrnujících soustavu harmonických oscilátorů – například torzní kyvadla, v podstatě podobná těm, která Cavendish použil ve svém slavném experimentu z roku 1797 k měření síly gravitace. Stanovíme matematicky přísné hranice určitých experimentálních signálů pro kvantovost, které by lokální klasická gravitace neměla být schopna překonat,“ uvádí L. Lami. „Pečlivě jsme analyzovali experimentální požadavky potřebné k realizaci našeho návrhu v reálném experimentu a zjistili jsme, že i když je stále zapotřebí určitého stupně technologického pokroku, takové experimenty by mohly být skutečně brzy na dosah.“
Ludovico Lami et al, Testing the Quantumness of Gravity without Entanglement, Physical Review X (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.021022
Zdroj: University of Amsterdam / Phys.org
Jenom drobnost – není správně fyzici?
fyzici i fyzikove, oboje je spravne