Новые исследования предполагают, что классическая гравитация — та, которая описывается теорией общей относительности Эйнштейна — может обладать способностью переплетать материю, даже если сама гравитация не является в своей основе квантовой. Это ставит под сомнение наше понимание того, как гравитация взаимодействует с квантовым миром и поднимает захватывающие вопросы о природе реальности на ее самом фундаментальном уровне.
В течение десятилетий физики стремились к единой теории, которая гармонично соединит два столпа современной физики: квантовую механику, которая управляет странным поведением частиц на атомном и субтомном уровнях, и общую теорию относительности, описывающую крупномасштабную структуру Вселенной и силу гравитации как искривление пространства-времени.
Ключевой камнем преткновения в этом стремлении является идея квантовой гравитации. Эта гипотетическая концепция предполагает, что гравитация, как и другие фундаментальные силы, существует в дискретных пакетах, называемых гравитонами. В отличие от фотонов (квантов света), гравитоны никогда не наблюдались напрямую, и их существование остается теоретическим. Некоторые физики даже ставят под сомнение необходимость квантования гравитации вообще.
Усугубляя сложность, мысленный эксперимент, предложенный физиком Ричардом Фейнманом в 1957 году, долгое время служил потенциальным ориентиром для обнаружения квантовой гравитации. Фейнман представил себе помещаемый в особое состояние, называемое квантовым суперпозицией, объект — скажем, яблоко — где оно существует во многих местах одновременно до момента наблюдения. Введение второго объекта и наблюдение за тем, сохраняется ли его гравитационное взаимодействие с «суперпозиционным» яблоком даже после того, как суперпозиция первого яблока разрушается, согласно Фейнману, будет свидетельствовать о присутствии квантовой гравитации.
Это переплетение — таинственная связь между двумя частицами независимо от расстояния — объясняется обменом виртуальными гравитонами в современных интерпретациях эксперимента Фейнмана. Тем не менее, физики Джозеф Азиз и Ричард Хоул из Королевского Холлоуэйского колледжа, Университет Лондона, теперь представили новый поворот. Они утверждают, что даже без квантовой гравитации классическая гравитация потенциально может переплетать материю через другой механизм.
Их идея основана на виртуальных частицах, временных флуктуациях, которые возникают и исчезают в соответствии с правилами квантовой теории поля. Азиз и Хоул предполагают, что эти виртуальные частицы могут медиатировать переплетение между объектами, действуя как посредники, даже если само гравитационное поле остается классическим. Представьте себе двух людей, шепчущих друг другу секреты через третьего человека, который передает сообщения — даже если первоначальные отправители не связаны напрямую, они становятся переплетеными благодаря этому посреднику.
Это «квази-переплетение» не будет таким же сильным, как переплетение, медиатируемое квантовыми гравитонами, и его эффекты, вероятно, будут слабее предсказываемых для настоящей квантовой гравитации. Наблюдение этих тонких корреляций между частицами потенциально может отличить эти два сценария в будущих экспериментах.
Хотя идея классической гравитации, вызывающей переплетение, может показаться парадоксальной, Азиз и Хоул подчеркивают, что это не обязательно исключает квантовую гравитацию. Это просто предполагает другой возможный путь для исследования сложного взаимодействия гравитации и квантового мира.
Экспериментальная проверка этой концепции остается значительной проблемой и требует невероятно точного контроля над системами для минимизации внешних воздействий, которые могли бы нарушить хрупкие квантовые состояния (явление, известное как декогеренция).
Тем не менее, работа Азиза и Хоула открывает новые пути для исследований и расширяет границы нашего понимания гравитации. Их результаты подчеркивают возможность неожиданных связей между кажущимися отдельными сферами физики и акцентируют внимание на огромных неизвестных, которые по-прежнему лежат в сердце Вселенной. Поиск квантовой гравитации продолжается, подпитываемый такими прорывами, как этот, который заставляет нас переосмыслить саму природу реальности.
