Sciencemag.cz
Doporučujeme
Základ nového přístupu: test, zda hmotu lze provázat s jinou identickou hmotou pomocí gravitačního pole.
Britští fyzici navrhli experimenty, které by mohly vůbec poprvé prokázat spojení mezi teoretickými základy kvantové mechaniky a teorie relativity.
Kvantová mechanika a Einsteinova teorie relativity fungují skvěle v oblastech, pro které byly vytvořeny. Jenže některá fyzikální pravidla, která obory platnosti obou teorií přesahují, jsou zcela nekompatibilní. Spojit by je mohla jednotná teorie kvantové gravitace, kterou se vědci už nějakou dobu pokoušejí vytvořit. Není to však jednoduchý úkol.
Základní problém spočívá v tom, že gravitační působení je v porovnání s ostatními silami v přírodě velice slabé. Například elektrostatická síla mezi dvěma elektrony je o několik řádů větší než přitažlivá gravitační síla mezi dvěma tělesy o hmotnosti jednoho kilogramu.
Až dosud se tak experimentální potvrzení kvantové povahy teorie gravitace vědcům jevilo jako prakticky nemožné. Vše od teorie kvantových částic známých jako gravitony, které mají podobný vztah s gravitačním polem jako fotony s polem elektromagnetickým, až po teorii superstrun zůstávalo v oblasti pouhých spekulací.
Jako jeden z prvních se kvantovou povahou gravitace začal v minulosti zabývat americký fyzik Richard Feynman. Navrhl experiment, ve kterém je testovaná hmota připravena v kvantové superpozici dvou různých míst a poté interaguje s gravitačním polem. V důsledku toho se hmota a pole vzájemně provážou. Pokud by následně dva prostorové stavy hmoty interferovaly, hmota by se vrátila zpět do jednoho definitivního prostorového stavu. Spojení s gravitačním polem by bylo reverzováno a ukázalo by se, že gravitace byla koherentně zapojena do kvantového systému.
Podle britských vědců, kteří nyní stojí za novým výzkumem, však Feynmanův experiment není dostatečně průkazný. Jelikož interference dvou prostorových stavů hmoty by se mohla vyskytnout dokonce i v přítomnosti klasických gravitačních polí, experiment by podle nich neprokázal, že hmota a pole byly provázány, ledaže by provázání mohlo být měřeno přímo. Tím pádem by gravitační pole nemuselo být kvantováno.
Britští fyzici se pokusili Feynmanovu myšlenku zdokonalit. Základem nového přístupu je testování, jestli hmota může být provázána s jinou identickou hmotou prostřednictvím gravitačního pole. Aby to však bylo možné, dvě hmoty by napřed musely být připraveny použitím dvou sousedních interferometrů. Tato zařízení se používají ke splétání světelných vln do separátních svazků, které potom mohou interferovat. Když jsou zapojeny malé hmoty, jejich kvantové vlnové funkce mohou být provázány a interferencí se na hmotu superponují vícenásobné kvantové stavy.
Britská vědecká skupina byla rozdělena na dva týmy a každý použil poněkud odlišný přístup. Jeden tým považoval za obecný důkaz jevu fakt, který říká, že kterýkoliv systém, který může zprostředkovat provázání mezi dvěma kvantovými systémy, musí být sám také kvantový. Druhý tým se zaměřil na podrobnosti specifického experimentu, který využívá dvou spinových stavů k vytvoření prostorové superpozice hmot.
Oba týmy počítají s tím, že pokud má gravitační pole skutečně kvantovou povahu, gravitační přitažlivost mezi dvěma hmotami způsobí provázání v okamžiku, kdy opustí příslušný interfetrometr. Stejně jako ve Feynmanově experimentu, může být první hmota provázána s gravitačním polem. V tomto případě však interakce s gravitačním polem není žádoucí, protože druhá hmota by měla být použita jako svědek kvantových vlastností hmoty první. Právě to by fyzikům mělo potvrdit, že klasické gravitační pole nemohlo být zodpovědné za interferenci hmot.
Experimenty jsou popsány ve dvou článcích Physical Review Letters.
autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz
