Запропоновано метод експериментального вивчення квантової гравітації

ОТО і квантова механіка, імовірно, повинні замикатися в районі величин, близьких до планковским: при гранично високих енергіях і малих дистанціях. Втім, нинішні можливості експериментальної науки дуже далекі від таких енергій і відстаней. Тому нещодавно австро-англійська наукова група, що представляє Віденський університет і Імперський коледж Лондона, запропонувала новий тип квантового експерименту, в якому, використавши дзеркала планковскої маси, можна перевірити деякі положення, передбачені в рамках теоретичних напрацювань з квантової гравітації.

 

Сьогодні найкращі лазери вже досягли рівня, що дозволяє спробувати використовувати їх у таких непростих дослідах. (Зображення Jonas Schmöle / VCQ / University of Vienna.)

 

Пошук теорії, що поєднує квантову механіку з КОЖНИМ, — один з основних викликів, що стоять перед сучасною фізикою. Перша описує процеси на рівні частинок і атомів, друга — на рівні великих мас. Імовірно, є момент, де ті й інші сили (гравітація, і квантова механіка) спільно впливають на частинки. Це відбувається при досягненні планківських мас і відстаней: останнє становить 1,6×10-35 м. Для наочності можна сказати, що якщо ця відстань розтягнути до одного метра, то атом, збільшений у стільки ж разів, став розміром з видиму Всесвіт. Планковская енергія, у свою чергу, настільки велика, що навіть Великий адронний колайдер може забезпечити нас лише незначною частиною того, що в енергетичному сенсі необхідно для подібних експериментів. А щоб надати часткам таку енергію при існуючих технологіях, прискорювачі доведеться будувати розміром з планету. Всі ці перешкоди змушували фізиків думати, що експерименти в цій області зараз неможливі. Але, по всій видимості, це не так.

У квантовій механіці не можна одночасно знати місце розташування і швидкість частинки. Їх можна вимірювати тільки послідовно: спочатку одне, потім інше. Але при цьому вимірюваний показник буде змінюватись. Причому якщо спочатку виміряти швидкість, а потім дізнатися місце розташування, то вийде один експериментальний результат, а якщо зробити те ж саме, але в зворотному порядку, — інший. Згідно з безлічі теоретичних напрацювань з квантової гравітації, ці відмінності змінюються в залежності від маси системи. Австро-англійська група фізиків показала: хоча такі варіації експериментальних результатів виявляться невеликі, на їх основі все ж можна зробити інформативні висновки із квантової гравітації — якщо в дослідах будуть задіяні масивні квантові системи. Що особливо цікаво, для такого роду експериментів не знадобиться масштабне обладнання.

Система рухомих дзеркал повинна допомогти спостерігачам виявити різницю в показаннях чотирьох послідовних вимірювань положення і швидкості частинок. (Зображення Igor Pikovski, Michael R. Vanner, Markus Aspelmeyer, M. S. Kim & Časlav Brukner.)

Вчені пропонують використовувати лазерний промінь і систему рухомих дзеркал (див. ілюстрацію), щоб точно визначити різницю між точкою вимірювання розташування частинки після фіксації її ж швидкості і результатами по вимірюванню швидкості після попереднього визначення місця розташування. Зрозуміло, для цього доведеться застосувати досить точні атомні годинники для вимірювання часу проходження імпульсів. І тим не менш запропонований експеримент — єдиний з доступних нам при сьогоднішньому рівні технології, який може дати хоч якусь інформацію в цій області, раніше недоступною для дослідів.

«Будь-які відхилення від результатів, очікуваних в рамках квантової механіки, будуть захоплюючими, але навіть якщо їх зовсім не буде, це все ж допоможе в пошуку нових можливих теорій [пояснюють такий результат]», — зауважує представляє австрійську сторону Ігор Пиковски. По суті, це перший запропонований експеримент такого роду, що дозволяє якимось чином отримати експериментальні дані з області квантової гравітації. При цьому він не вимагає ні дорогих прискорювачів, ні рідкісних астрономічних явищ.

Підготовлено за матеріалами Віденського університету і Nature Physics.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *