Ipak, misliti da bi gravitacija, nevidljiva sila, mogla pokazivati ista kvantna svojstva kao i najsitniji dijelovi materije, jedna je od najluđih ideja u fizici – i ona koju je vraški teško testirati.
Sada, tim fizičara iz Nizozemske i Njemačke tvrdi da je osmislio eksperimente koji bi mogli otkriti je li gravitacija fundamentalno kvantna sila , njezina svojstva oblikovana na najmanjim mogućim razmjerima, ili klasična , geometrijska kao što je Einstein zamislio .
Tri od četiri temeljne sile prirode mogu se opisati kvantnom mehanikom, ali još ne i gravitacija – najslabija od svih. Određivanje je li gravitacija klasične ili kvantne prirode moglo bi pomoći u pomirenju tih prividnih razlika, a moglo bi pomoći i u rješavanju nekih trenutačno neriješenih misterija gravitacije.
Obično se kvantna mehanika povezuje s najsitnijim dijelovima našeg svijeta gdje najjasnije vidimo kvantne učinke: između subatomskih čestica poput elektrona, paketića svjetlosti zvanih fotoni, cijelih atoma , pa čak i molekula .
Ipak, teoretski, svi objekti – od planeta do sunčevih sustava, cijelih galaksija , a možda i cijelog svemira – mogu se opisati zakonima kvantne mehanike , koji postoje kao spektar mogućnosti prije nego što se promatraju.
Isprepletenost kao mogući trag
Međutim, kako se objekti povećavaju, povećavajući gravitaciju, oni imaju tendenciju odbacivanja svojih kvantnih značajki i griješe s klasične strane – po kojoj smo ih upoznali.
Međutim, ako bi se teže mase s jačim gravitacijskim poljima mogle ponašati kao kvantne čestice, postojale u nekoliko stanja odjednom i zapetljale se, tada bi ih bilo ludo teško otkriti. To je zato što je kvantna isprepletenost , koja je do sada bila glavni test 'kvantnosti', nevjerojatno krhka i kolabira uz najmanji poremećaj čak i na subatomskim razinama.
"Ekstremna slabost gravitacijske interakcije, u usporedbi sa svim drugim silama, dovela nas je u gorku situaciju da još uvijek nismo u mogućnosti istražiti njenu krajnju prirodu", Ludovico Lami, matematički fizičar sa Sveučilišta u Amsterdamu, a kolege pišu u svom radu .
U prethodnim eksperimentima tražeći kvantnu isprepletenost između masa i njihovih gravitacijskih polja, najteži objekt za koji su fizičari primijetili da klizi u zapetljano stanje bio je više od kvintilijun puta lakši od najmanje mase za koju je detektirano gravitacijsko polje. To je još uvijek premalo za stvaranje "primjetnog gravitacijskog polja", kažu znanstvenici .
Kako bi prešli ovu slijepu ulicu, Lami i kolege su umjesto toga predložili niz eksperimenata koji bi mogli otkriti 'kvantnost' gravitacije bez generiranja ili potrebe za otkrivanjem bilo kakvog zapleta.
Što bi eksperiment mogao dokazati
Eksperimenti bi uključivali dva torzijska njihala, slična onom koje je engleski znanstvenik Henry Cavendish upotrijebio za prvo mjerenje snage gravitacije 1797., zajedno s nekim štitovima, zrcalima i laserima .
Ovi eksperimenti za sada ostaju u potpunosti teoretski, ali to nije spriječilo Lamija i kolege da izračunaju gornje granice određenih eksperimentalnih signala za kvantnost koju gravitacija, ako je klasična, ne bi trebala moći nadvladati.
"Pažljivo smo analizirali eksperimentalne zahtjeve potrebne za implementaciju našeg prijedloga u stvarnim eksperimentima," objašnjava Lami , "i otkrili smo da bi, iako je određeni stupanj tehnološkog napretka još uvijek potreban, takvi eksperimenti uskoro mogli biti stvarno dostupni."
Međutim, istraživači su napravili neke pretpostavke u svojim izračunima o kojima se žestoko raspravlja. Postoje i daljnji prijedlozi za druge pokuse na stolu koji bi mogli otkriti kvantnu gravitaciju.
Studija je objavljena u Physical Review X.
