Нові дослідження свідчать про те, що класична гравітація — та, яку описує загальна теорія відносності Ейнштейна — може мати здатність заплутувати матерію, навіть якщо гравітація сама по собі не є квантовою. Це кидає виклик нашому розумінню того, як гравітація взаємодіє з квантовим світом, і піднімає захоплюючі питання про природу реальності на її фундаментальному рівні.
Десятиліттями фізики прагнули до єдиної теорії, яка б гармонійно об’єднала два стовпи сучасної фізики: квантову механіку, яка керує дивною поведінкою частинок на атомному та субоб’ємному рівнях, і загальну теорію відносності, яка описує великомасштабну структуру Всесвіту та силу тяжіння як кривизну простору-часу.
Ключовим каменем спотикання в цій спробі є ідея квантової гравітації. Ця гіпотетична концепція передбачає, що гравітація, як і інші фундаментальні сили, існує в окремих пакетах, які називаються гравітонами. На відміну від фотонів (квантів світла), гравітони ніколи не спостерігалися безпосередньо, і їх існування залишається теоретичним. Деякі фізики навіть ставлять під сумнів необхідність квантування гравітації взагалі.
На додаток до складності, мисленнєвий експеримент, запропонований фізиком Річардом Фейнманом у 1957 році, довгий час служив потенційним посібником для відкриття квантової гравітації. Фейнман уявив поміщення об’єкта, скажімо, яблука, в особливий стан, званий квантовою суперпозицією, де він існує в багатьох місцях одночасно до моменту спостереження. Введення другого об’єкта та спостереження за тим, чи зберігається його гравітаційна взаємодія з яблуком «суперпозиції» навіть після того, як суперпозиція першого яблука знищена, на думку Фейнмана, вкажуть на наявність квантової гравітації.
Ця заплутаність — таємничий зв’язок між двома частинками незалежно від відстані — пояснюється обміном віртуальними гравітонами в сучасних інтерпретаціях експерименту Фейнмана. Однак фізики Джозеф Азіз і Річард Хоул з Королівського Холловейського коледжу Лондонського університету тепер оприлюднили новий поворот. Вони стверджують, що навіть без квантової гравітації класична гравітація потенційно може заплутати матерію через інший механізм.
Їхня ідея базується на віртуальних частинках, тимчасових флуктуаціях, які з’являються та зникають відповідно до правил квантової теорії поля. Азіз і Хаул припускають, що ці віртуальні частинки можуть бути посередниками в заплутаності між об’єктами, діючи як посередники, навіть якщо саме гравітаційне поле залишається класичним. Уявіть собі двох людей, які шепочуть один одному секрети через третю особу, яка передає повідомлення – навіть якщо початкові відправники не пов’язані безпосередньо, вони переплітаються через цього посередника.
Ця «квазізаплутаність» не буде такою сильною, як заплутаність, опосередкована квантовими гравітонами, і її ефекти, ймовірно, будуть слабшими, ніж ті, які передбачають для справжньої квантової гравітації. Спостереження за цими тонкими кореляціями між частинками може потенційно розрізнити ці два сценарії в майбутніх експериментах.
Хоча ідея класичної гравітації, що спричиняє заплутаність, може здатися нелогічною, Азіз і Хоул підкреслюють, що це не обов’язково виключає квантову гравітацію. Це просто пропонує інший можливий спосіб дослідити складну взаємодію гравітації та квантового світу.
Експериментальна перевірка цієї концепції залишається серйозною проблемою та вимагає неймовірно точного керування системами для мінімізації зовнішніх впливів, які можуть порушити крихкі квантові стани (явище, відоме як декогеренція).
Однак робота Азіза та Хоула відкриває нові шляхи дослідження та розширює межі нашого розуміння гравітації. Їхні результати підкреслюють можливість несподіваних зв’язків між, здавалося б, окремими сферами фізики та висвітлюють величезні невідомі факти, які все ще лежать у центрі Всесвіту. Пошуки квантової гравітації тривають, підживлюючись такими відкриттями, як цей, які змушують нас переосмислити саму природу реальності.
