Kako uskladiti dva nasprotujoča si stebra sodobne fizike: kvantno teorijo in gravitacijo? Znanstveniki so dolgo časa verjeli, da bo slej ko prej znanost prepoznala to ali ono teorijo kot prevladujočo, a resničnost se je, kot vedno, izkazala za veliko bolj zanimivo. Nove raziskave kažejo, da lahko gravitacija izhaja iz naključnih nihanj na kvantni ravni.
Med dvema temeljnima teorijama, ki pojasnjujeta resničnost okoli nas, se kvantna teorija poziva na interakcije med najmanjšimi delci materije, medtem ko se splošna relativnost nanaša na gravitacijo in največje strukture v celotnem vesolju. Že od Einsteinovih dni so fiziki poskušali premostiti vrzel med temi učenji, vendar z različno uspešnostjo.
Eden od načinov za uskladitev gravitacije s kvantno mehaniko je bil pokazati, da gravitacija temelji na nedeljivih delcih materije, kvante. To načelo lahko primerjamo s tem, kako sami kvoni svetlobe, fotoni, predstavljajo elektromagnetno valovanje. Do zdaj znanstveniki niso imeli dovolj podatkov, ki bi podprli to domnevo, vendar je Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) z Inštituta za kvantno optiko. Max Planck iz Garchinga v Nemčiji je skušal gravitacijo opisati z načeli kvantne mehanike. Toda kako je to storil?
Kvantni svet
V kvantni teoriji je stanje delca opisano z njegovo valovno funkcijo. Na primer vam omogoča, da izračunate verjetnost, da boste v tej ali drugi točki našli delce v vesolju. Pred samo meritvijo ni jasno samo, kje je delec, ampak tudi, ali obstaja. Že samo dejstvo merjenja dobesedno ustvarja resničnost z "uničevanjem" valovne funkcije. Toda kvantna mehanika se redko ukvarja z merjenjem, zato je to eno najbolj kontroverznih področij fizike. Ne pozabite na paradoks Schrödingerja: ne morete ga rešiti, dokler ne opravite meritve, tako da odprete polje in ugotovite, ali je mačka živa ali ne.
Ena od rešitev teh paradoksov je tako imenovani model GRW, ki je bil razvit v poznih osemdesetih letih. Ta teorija vključuje takšen pojav, kot so "izbruhi" - spontani kolaps valovne funkcije kvantnih sistemov. Rezultat njegove uporabe je popolnoma enak, kot če bi meritve potekale brez opazovalcev. Tilloy ga je spremenil, da bi pokazal, kako ga lahko uporabimo za dosego teorije gravitacije. V svoji različici bliskavica, ki uniči valovno funkcijo in prisili delce, da je na enem mestu, v tem trenutku v vesolju in času ustvari gravitacijsko polje. Večji kot je kvantni sistem, več delcev ga vsebujejo in pogostejši so plameni, kar ustvarja nihajoče gravitacijsko polje.
Najbolj zanimivo je, da je povprečna vrednost teh nihanj tisto zelo gravitacijsko polje, ki ga opisuje Newtonova teorija gravitacije. Ta pristop združevanja gravitacije s kvantno mehaniko se imenuje kvaziklasičen: gravitacija izhaja iz kvantnih procesov, vendar ostaja klasična sila. "Ni resničnega razloga, da bi prezrli kvaziklasični pristop, v katerem je gravitacija temeljna na temeljni ravni," pravi Tilloy.
Promocijski video:
Fenomen gravitacije
Klaus Hornberger z univerze Duisburg-Essen v Nemčiji, ki ni sodeloval pri razvoju teorije, je do nje zelo naklonjen. Vendar pa znanstvenik poudarja, da bo treba rešiti številne težave, preden bo ta koncept temelj enotne teorije, ki združuje in razlaga naravo vseh temeljnih vidikov sveta okoli nas. Na primer, Tilloyjev model je zagotovo mogoče uporabiti za pridobitev newtonske gravitacije, vendar je njegovo skladnost z gravitacijsko teorijo še vedno treba preveriti z matematiko.
Vendar se sam znanstvenik strinja, da njegova teorija potrebuje bazo dokazov. Na primer napoveduje, da se bo gravitacija obnašala različno, odvisno od obsega zadevnih predmetov: za atome in za supermasivne črne luknje so pravila lahko zelo različna. Če testi razkrijejo, da Tillroyjev model res odraža resničnost in je gravitacija res posledica kvantnih nihanj, bo to fizikom omogočilo razumevanje resničnosti okoli nas na kvalitativno drugačni ravni.
Vasilij Makarov