Grawitacja udaje kwanty? Nowa teoria poważnie miesza w fizyce
Czy grawitacja musi być kwantowa? Nowa teoria sugeruje, że może ona wywoływać splątanie kwantowe, sama pozostając klasyczną teorią Einsteina.
Jedna z największych zagadek współczesnej nauki zyskała właśnie nieoczekiwany i kontrowersyjny zwrot. Dwóch fizyków teoretyków zasugerowało, że grawitacja może wywoływać efekty kwantowe, wcale nie będąc sama kwantową. Środowisko naukowe jest głęboko podzielone.
Splątanie na wagę złota
Fizycy od dekad próbują połączyć dwie fundamentalne teorie: mechanikę kwantową, opisującą świat cząstek, oraz ogólną teorię względności Einsteina, czyli naszą obecną teorię grawitacji. Problem jednak w tym, że ich zasady wydają się wzajemnie wykluczać. Większość badaczy zakłada, że to teoria Einsteina jest niekompletna i grawitacja u podstaw również musi podlegać zasadom kwantowym.
Kluczem do udowodnienia tego założenia miały być eksperymenty. Naukowcy chcieli sprawdzić, czy wzajemne przyciąganie grawitacyjne dwóch obiektów może doprowadzić do ich kwantowego splątania. Splątanie to stan, w którym obiekty tworzą wspólny układ – pomiar jednego natychmiastowo określa stan drugiego, niezależnie od odległości. Gdyby grawitacja potrafiła splątać dwie masy, byłby to ostateczny dowód na jej kwantową naturę.
Grawitacja jako klasyczny gracz
Jak czytamy na łamach Nature, Richard Howl i Joseph Aziz z Royal Holloway w Londynie opublikowali pracę, która sugeruje, że takie myślenie było zbyt dużym uproszczeniem. Postawili tezę, że grawitacja może wywoływać efekty kwantowe, ale sama wcale nie musi być kwantowa.
Swoje obliczenia oparli nie na standardowej mechanice kwantowej, lecz na kwantowej teorii pola. Jest to bardziej zaawansowana koncepcja, w której wszystko, łącznie z materią, jest traktowane jako fala w odpowiednim polu (np. elektron jest falą w polu elektronowym). Wcześniejsze prace wykazały, że samo pole grawitacyjne Einsteina nie jest w stanie wywołać splątania.
Howl i Aziz argumentują jednak, że masy nie oddziałują na siebie wyłącznie przez pole grawitacyjne. Robią to także poprzez wszystkie pola materii. Według ich obliczeń interakcja poprzez te pola, w której klasyczna grawitacja również bierze udział, jest już w stanie wygenerować splątanie.
Propozycja ta spotkała się z chłodnym przyjęciem środowiska naukowego. Jonathan Oppenheim z University College London przyznał, że grawitacja odgrywa rolę w zachowaniu pól materii, ale jego zdaniem to wciąż te kwantowe pola materii, a nie sama grawitacja, odpowiadają za splątanie. Inny fizyk, chcący zachować anonimowość, posunął się o krok dalej, nazywając interpretację autorów czystą semantyką.
Eksperymenty i tak się odbędą
Spory teoretyczne nie zatrzymają jednak eksperymentatorów. Przynajmniej na razie. Badacze są zgodni, że nowa teoria nie wpłynie na krótkoterminowe plany. Autorzy pracy wyliczyli, że efekt splątania generowany przez ich mechanizm (z udziałem klasycznej grawitacji) byłby znacznie słabszy niż ten, którego fizycy spodziewają się, jeśli grawitacja jest kwantowa.
Jak podsumował Markus Aspelmeyer, fizyk z Uniwersytetu Wiedeńskiego, jeśli planowane eksperymenty wykryją splątanie, nadal będzie to dowód na kwantową naturę grawitacji i konieczność zastąpienia teorii Einsteina. Dodał jednak, że ta praca to ważne przypomnienie, jak subtelny jest to problem i jak ostrożnym trzeba być przy interpretowaniu danych, by nie wpaść w pułapkę milczących założeń.
Przeczytaj także:
Nawet jeśli koncepcja Howla i Aziza zostanie ostatecznie obalona lub uznana za semantykę, jej wartość i tak będzie bardzo duża. Zmusza ona całe środowisko do ponownego przemyślenia fundamentów. Kwestionuje milczące założenia, które przez lata stały się tak oczywiste, że przestano je zauważać. To intelektualna prowokacja najwyższej próby, która przypomina, że droga do zrozumienia grawitacji jest znacznie skomplikowana, niż zakładał to dotychczasowy główny nurt.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
