Nieuw onderzoek suggereert dat klassieke zwaartekracht – het type beschreven door Einsteins algemene relativiteitstheorie – het vermogen zou kunnen hebben om materie te verstrengelen, zelfs als de zwaartekracht zelf niet fundamenteel kwantum is. Dit daagt ons begrip uit van hoe de zwaartekracht interageert met de kwantumwereld en roept fascinerende vragen op over de aard van de werkelijkheid op het meest fundamentele niveau.
Decennia lang hebben natuurkundigen gezocht naar een uniforme theorie die twee pijlers van de moderne natuurkunde naadloos combineert: kwantummechanica, die het bizarre gedrag van deeltjes op atomaire en subatomaire schaal regelt, en algemene relativiteitstheorie, die de grootschalige structuur van het universum en de zwaartekracht beschrijft als de kromming van de ruimtetijd.
Een belangrijk knelpunt in deze zoektocht is het idee van kwantumzwaartekracht. Dit hypothetische raamwerk stelt dat de zwaartekracht, net als andere fundamentele krachten, bestaat in afzonderlijke pakketten die gravitonen worden genoemd. In tegenstelling tot fotonen (de lichtkwanta) zijn gravitonen nooit rechtstreeks waargenomen en blijft hun bestaan theoretisch. Sommige natuurkundigen vragen zich zelfs af of de zwaartekracht überhaupt gekwantiseerd moet worden.
Wat de complexiteit nog groter maakt, is dat een gedachte-experiment, voorgesteld door natuurkundige Richard Feynman in 1957, lange tijd heeft gediend als een potentiële toetssteen voor het detecteren van kwantumzwaartekracht. Feynman stelde zich voor dat hij een object, bijvoorbeeld een appel, in een eigenaardige toestand zou brengen die kwantumsuperpositie wordt genoemd, waarbij het op meerdere plaatsen tegelijk aanwezig is totdat het wordt waargenomen. Het introduceren van een tweede object en observeren of de zwaartekrachtinteractie met de ‘gesuperponeerde’ appel aanhoudt, zelfs nadat de superpositie van de eerste appel instort, zou volgens Feynman wijzen op de aanwezigheid van kwantumzwaartekracht.
Deze verstrengeling – de spookachtige verbinding tussen twee deeltjes, ongeacht de afstand – is verklaard door de uitwisseling van virtuele gravitonen in moderne interpretaties van Feynmans experiment. De natuurkundigen Joseph Aziz en Richard Howl van Royal Holloway, University of London, hebben nu echter een nieuwe wending gepresenteerd. Ze beweren dat zelfs zonder kwantumzwaartekracht de klassieke zwaartekracht mogelijk materie via een ander mechanisme zou kunnen verstrengelen.
Hun idee is gebaseerd op virtuele deeltjes, tijdelijke fluctuaties die in en uit het bestaan opduiken volgens de regels van de kwantumveldentheorie. Aziz en Howl stellen voor dat deze virtuele deeltjes de verstrengeling tussen objecten zouden kunnen bemiddelen en als tussenpersonen zouden kunnen optreden, zelfs als het zwaartekrachtveld zelf klassiek blijft. Zie het als twee mensen die elkaar geheimen toefluisteren via een derde persoon die de berichten doorgeeft. Ook al zijn de oorspronkelijke afzenders niet direct met elkaar verbonden, toch raken ze door deze tussenpersoon met elkaar verstrikt.
Deze ‘quasi-verstrengeling’ zou niet zo sterk zijn als de verstrengeling die wordt gemedieerd door kwantumgravitonen, en de effecten ervan zouden waarschijnlijk zwakker zijn dan die voorspeld voor echte kwantumzwaartekracht. Het observeren van deze subtiele correlaties tussen deeltjes zou de twee scenario’s mogelijk in toekomstige experimenten van elkaar kunnen onderscheiden.
Hoewel het idee dat klassieke zwaartekracht verstrengeling veroorzaakt misschien contra-intuïtief lijkt, benadrukken Aziz en Howl dat het kwantumzwaartekracht niet noodzakelijkerwijs uitsluit. Het suggereert eenvoudigweg een andere mogelijke weg voor het onderzoeken van de complexe wisselwerking tussen zwaartekracht en de kwantumwereld.
De experimentele verificatie van dit concept blijft een aanzienlijke uitdaging, waarbij ongelooflijk nauwkeurige controle over systemen nodig is om externe invloeden te minimaliseren die delicate kwantumtoestanden kunnen verstoren (een fenomeen dat bekend staat als decoherentie).
Niettemin opent het werk van Aziz en Howl nieuwe wegen voor onderzoek en verlegt het de grenzen van ons begrip van de zwaartekracht. Hun bevindingen benadrukken het potentieel voor onverwachte verbanden tussen ogenschijnlijk uiteenlopende domeinen van de natuurkunde en benadrukken de enorme onbekendheden die nog steeds de kern van het universum vormen. De zoektocht naar kwantumzwaartekracht gaat door, aangewakkerd door baanbrekende ideeën als deze, die ons dwingen de aard van de werkelijkheid zelf opnieuw te onderzoeken.
