Dva fizičara sa Royal Hollowayja, Joseph Aziz i Richard Howl, pokazuju da klasično gravitaciono polje može posredovati kvazispletanje između kvantnih objekata preko virtuelnih procesa materije. Njihova analiza nadograđuje Fajnmanov misaoni eksperiment i ističe da će efekat klasične gravitacije biti značajno slabiji nego kod prave kvantne gravitacije. Ako se u eksperimentu uoče snažne korelacije, to bi i dalje bio jak znak kvantne prirode gravitacije. Praktična provera ideje otežana je zbog potrebe da se eliminiše dekoherencija.
Postoji li kvantna gravitacija? Novi rad komplikuje i produbljuje pitanje
Nova analiza komplikuje potragu za kvantnom gravitacijom
Novo otkriće sugeriše da gravitaciona polja mogu posredovati kvazispletanje između kvantnih objekata — čak i ako samo gravitaciono polje nije kvantno. Ovu ideju izneli su dvojica fizičara iz Londona koji preispituju uobičajeni način na koji povezujemo kvantna polja i klasičnu gravitaciju.
Potraga za kvantnom gravitacijom predstavlja naredni veliki korak u fizici: cilj je ujediniti fiziku veoma malih sistema, koju opisuje kvantna mehanika, sa fizikom veoma velikih skala, koju objašnjava opšta teorija relativnosti. Iako su obe teorije nastale početkom 20. veka, one se još uvek ne uklapaju u jedinstvenu sliku sveta.
Fajnmanov misaoni eksperiment
Rad Josepha Aziza i Richarda Howla sa Royal Holloway (University of London) nadograđuje misaoni eksperiment Richarda Fajnmena iz 1957. U tom scenariju masa — recimo jabuka — dovedena je u kvantnu superpoziciju položaja: dok se ne izvrši merenje, jabuka bi bila u stanju da istovremeno zauzima dve lokacije. Ako bi takva masa gravitaciono uticala na drugi objekat na način koji ukazuje da i njeno gravitaciono polje jeste u superpoziciji, to bi se tumačilo kao dokaz kvantne prirode gravitacije.
"Kada je Fajnman predložio da bi, bar u principu, masa u superpoziciji mogla pokazati kvantno stanje i svog gravitacionog polja, smatrao je da bi to značilo da je gravitacija kvantna," rekao je Howl za Space.com.
Spletanje bez kvantne gravitacije?
Moderne formulacije eksperimenta naglašavaju da bi međudejstvo između dva objekta rezultiralo kvantnim spletanjem — situacijom u kojoj su kvantna svojstva objekata međusobno povezana bez obzira na udaljenost. Aziz i Howl, međutim, pokazuju da povezivanje (spletanje) može nastati i ako je samo gravitaciono polje klasično.
U kvantnoj teoriji, sile se prenose kvantima (npr. foton za elektromagnetizam). Ako bi gravitacija bila kvantna, njen kvant zovemo gravitonom, ali gravitoni još nisu detektovani. U teorijama kvantne gravitacije, virtualni gravitoni mogli bi posredovati spletanje. Howl i Aziz predlažu alternativu: klasično gravitaciono polje može delovati na kvantno polje materije i tako, preko virtuelnih procesa materije (opisano kao "virtuelni atomi"), dovesti do kvazispletanja između objekata.
"Uobičajeno se smatralo da gravitaciono međudejstvo mora biti kvantno da bi se dogodilo spletanje," kaže Howl. "Mi tvrdimo da gravitaciono međudejstvo može uključivati i kvantne procese materije — virtuelne procese — pa čak i ako je gravitaciono polje klasično, međudejstvo bi i dalje moglo da spljette materiju."
Kako razlikovati kvantno i klasično?
Ključna razlika po Howlu i Azizu je jačina efekta. Ako gravitacija zaista ima kvantnu prirodu, rezultat će pokazati snažne kvantne korelacije između sistema. Ako je gravitaciono polje klasično, korelacije postoje, ali su mnogo slabije — posmatraju se kao manje verovatne veze u ponovljenim merenjima.
Praktično, to znači da eksperimenti koji traže spletanje izazvano gravitacijom moraju biti dovoljno osetljivi da razlikuju slabe kvazikorelacije od snažnih kvantnih korelacija. Howl dodaje da njihov rad ne isključuje kvantnu gravitaciju niti tvrdi da je nemoguće razlikovati oba slučaja; naprotiv, ukazuje da bi snažan eksperimentalni signal bio jasan znak kvantne gravitacije.
Izazovi izvođenja eksperimenta
Za sada su analiza Aziza i Howla, kao i Fajnmanov originalni predlog, matematičke prirode. Izvođenje eksperimenta u laboratoriji predstavlja ogroman tehnički izazov: potrebno je eliminisati sve izvore dekoherencije koji urušavaju superpoziciju makroskopskih masa. Grupe u UK, Austriji i drugim zemljama rade na tehničkim pristupima, ali ostaje pitanje da li će test postati izvodljiv u bližoj budućnosti.
Vredno je napomenuti i postojeće alternativne pristupe: na primer, model iz 2023. koji je predstavio Jonathan Oppenheim (UCL) kombinuje klasičnu opštu relativnost sa kvantnom teorijom polja. Rad Aziza i Howla stoga doprinosi diskusiji tako što pokazuje da i klasična gravitacija može imati neočekivane kvantne implikacije preko virtuelnih procesa materije.
Howl očekuje raspravu i moguće prigovore unutar naučne zajednice: "Ne znam da li će se svi složiti s nama!" Ipak, optimističan je da bi Fajnmanov eksperiment mogao postati izvodljiv u narednim decenijama i pružiti direktniji odgovor na pitanje kvantne prirode gravitacije.
Rad Josepha Aziza i Richarda Howla objavljen je 22. oktobra u časopisu Nature.
Pomozite nam da budemo bolji.
