Ve fyzice existují dva hlavní způsoby, jak modelovat vesmír. První je klasický způsob. Klasické modely, jako jsou Newtonovy zákony pohybu a Einsteinova teorie relativity, předpokládají, že vlastnosti objektu, jako je jeho poloha a pohyb, jsou absolutní. Existují praktické limity toho, jak přesně můžeme měřit cestu objektu prostorem a časem, ale to je na nás. Příroda zná jejich pohyb s nekonečnou přesností. Kvantové modely, jako je atomová fyzika, předpokládají, že objekty jsou řízeny interakcemi. Tyto interakce jsou pravděpodobnostní a neurčité. I když omezíme interakci na omezené výsledky, nikdy nemůžeme znát pohyb objektu s nekonečnou přesností, protože to příroda neumožňuje.
Tyto dva teoretické světy, jednoznačné klasické a neurčité kvantum, každý funguje mimořádně dobře. Klasický pro velké, masivní objekty, jako jsou baseballové míčky a planety, a kvantový pro malé, lehké objekty, jako jsou atomy a molekuly. Ale oba tyto přístupy se hroutí, když se pokoušíme studovat masivní, ale malé věci, jako jsou vnitřky černých děr nebo pozorovatelný vesmír v nejranějších okamžicích velkého třesku. Má totiž všechny vlastnosti obecné teorie relativity se všemi vlastnostmi kvantové teorie. Tato teorie je někdy označována jako kvantová gravitace, ale právě teď nevíme, že by fungovala.
Jak spolu souvisí různé teorie. Kredit: B. Jankuloski
Je obtížné studovat tuto teorii, protože nemáme žádné experimenty, které by ji přímo otestovaly. Ale nová studie navrhuje experiment, který by nám mohl poskytnout pohled na to, jak by mohla fungovat kvantová gravitace.
Klíčem je mít objekt, který má kvantovou povahu, ale je dostatečně masivní, aby na něj měla vliv klasická gravitace. K tomu tým navrhuje použít superchlazený stav hmoty známý jako Bose-Einsteinův kondenzát. K tomu dochází, když jsou určité skupiny atomů ochlazeny natolik, že se účinně rozmazávají v jediném kvantovém stavu. Pokud by byly miliardy atomů ochlazeny na Bose-Einsteinův kondenzát, vytvořily by jeden kvantový objekt s hmotností zhruba rovnou hmotnosti viru. Drobné, ale dostatečně masivní na to, aby bylo možné zkoumat účinky gravitace.
Tým navrhuje vytvořit takový kondenzát a poté jej magneticky pozastavit, aby s ním mohla interagovat pouze gravitace. Ve své práci ukazují, že pokud gravitace funguje na kvantové úrovni, pak se tvar kondenzátu mírně posune od jeho „beztížného“ Gaussova tvaru. Pokud gravitace interaguje pouze na klasické úrovni, pak kondenzát zůstane gaussovský.
Tento přístup by mohl být proveden s naší současnou technologií. Na rozdíl od jiných navrhovaných studií by tento experiment spoléhal pouze na základní vlastnost kvantových systémů spíše než na složitější interakce, jako je zapletení. Pokud bude možné experiment provést, mohl by nám poskytnout první skutečný pohled na základní podstatu kvantové gravitace.
Odkaz:Richard Howl a kol. “ Ne-Gaussianství jako podpis kvantové teorie gravitace .'PRX Quantum2.1 (2021): 010325.
