Postkwantowa teoria klasycznej grawitacji łączy teorię względności Einsteina z mechaniką kwantową. Jeśli to się sprawdzi, mamy rewolucję

Nasza fizyka i opis rzeczywistości opierają się na dwóch mocnych teoriach. Zarówno ogólna teoria względności jak i mechanika kwantowa, doskonale sprawdzają się w przewidywaniach teoretycznych, eksperymentach oraz w codziennym życiu. Problem w tym, że obie teorie sprawdzają się tylko we własnych skalach. Teoria grawitacji doskonale opisuje ruch planet i gwiazd, a mechanika kwantowa, obiektów o skali atomu. Poza tym obie teorie praktycznie się wykluczają.

Ogólna teoria względności i mechanika kwantowa nie są ze sobą zgodne i nie ma jednego matematycznego języka, którym można by je opisać. Nie ma też jednego eksperymentu, który by je jednocześnie potwierdził. Gdy próbujemy zastosować mechanikę kwantową do grawitacji, otrzymujemy nieskończone i niepoprawne wyniki. Gdy próbujemy zastosować ogólną teorię względności do świata kwantowego, otrzymujemy sprzeczności i paradoksy.

Dlatego fizycy szukają nowej teorii grawitacji kwantowej, która mogłaby połączyć obie teorie w spójną całość. Ale czy w ogóle istnieje spójna teoria grawitacji kwantowej, która opisuje zachowanie materii i energii zarówno na poziomie atomów, jak i galaktyk? To pytanie, które od dawna nurtuje fizyków i filozofów, ale do tej pory nie znalazło satysfakcjonującej odpowiedzi.

Więcej ciekawych artykułów na temat fizyki kwantowej znajdziesz na Spider`s Web:

Do tej pory dominowało założenie, że teoria grawitacji Einsteina musi zostać zmodyfikowana, czyli "skwantowana", aby dopasować się do teorii kwantowej. Nowa teoria, opracowana przez profesora Jonathana Oppenheima z University College London (UCL) i przedstawiona w artykule Nature, podważa ten konsensus i przyjmuje alternatywne podejście, sugerując, że czasoprzestrzeń może być klasyczna – to znaczy nierządzona przez kwanty.

Nowa teoria jest próbą stworzenia takiej teorii grawitacji kwantowej, która nie naruszałaby klasycznej koncepcji czasoprzestrzeni Einsteina. Zamiast modyfikować czasoprzestrzeń, teoria ta, nazywana teraz postkwantową teorią klasycznej grawitacji, modyfikuje teorię kwantową i przewiduje wewnętrzne załamanie przewidywalności, w którym pośredniczy sama czasoprzestrzeń. 

Badacze wykazali, że jeśli czasoprzestrzeń nie ma natury kwantowej, to muszą występować przypadkowe wahania krzywizny czasoprzestrzeni, które można zweryfikować eksperymentalnie. Zarówno w przypadku grawitacji kwantowej, jak i klasycznej, czasoprzestrzeń musi wokół nas podlegać gwałtownym i przypadkowym fluktuacjom. Fluktuacje te, w największym uproszczeniu, prowadzą do zmiany masy tych samych obiektów. Oznacza to, że 1 kg nie zawsze waży 1 kg. Oczywiście, w bardzo małej skali.

Jeśli czasoprzestrzeń jest klasyczna, fluktuacje muszą być jednak większe niż o określonej skali, a skalę tę można wyznaczyć w innym eksperymencie. Ma być on wkrótce przeprowadzony. Fizycy sprawdzą w nim, jak długo można utrzymać ciężki atom w superpozycji przebywania w dwóch różnych lokalizacjach.

Grawitacja kwantowa to hipotetyczna teoria, która próbuje opisać grawitację w języku mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa to dział fizyki, który zajmuje się zjawiskami zachodzącymi na poziomie atomów i cząstek elementarnych.

Według mechaniki kwantowej świat nie jest zbudowany z deterministycznych obiektów, lecz z probabilistycznych jednostek, które mogą istnieć w różnych stanach i przeplatać się ze sobą w złożony sposób. Takie zjawiska jak nieoznaczoność, superpozycja, splątanie czy tunelowanie kwantowe są nie do pogodzenia z klasyczną fizyką, która opiera się na zasadach Newtona i Einsteina.

Grawitacja to siła, która przyciąga wszystkie obiekty o masie lub energii do siebie. Według ogólnej teorii względności Einsteina grawitacja nie jest właściwie siłą, lecz skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez obecność masy lub energii. Czasoprzestrzeń to czterowymiarowa struktura, która łączy trzy wymiary przestrzenne z jednym wymiarem czasowym.

Im większa jest masa lub energia obiektu, tym bardziej zakrzywia on czasoprzestrzeń wokół siebie, wpływając na ruch innych obiektów. Takie zjawiska jak odchylenie światła przez grawitację, spowolnienie czasu w polu grawitacyjnym czy istnienie czarnych dziur są potwierdzeniem ogólnej teorii względności.

Nowa teoria jest bardzo obiecującym kandydatem na teorię grawitacji kwantowej, która może rozwiązać jedną z największych zagadek fizyki. Jednak nowa teoria nie jest jeszcze kompletna i wymaga dalszych badań i rozwoju.

Fizycy z UCL nadal pracują nad udoskonaleniem i uogólnieniem nowej teorii, a także nadeksperymentami, które miałyby potwierdzić ich przypuszczenia. Nowa teoria przypomina jednak, że fizyka nie jest zamkniętą i skończoną dziedziną wiedzy, lecz żywą i dynamiczną nauką, która ciągle się rozwija i odkrywa nowe tajemnice natury.