Във физиката има два основни начина за моделиране на Вселената. Първият е класическият начин. Класическите модели като законите за движение на Нютон и теорията на относителността на Айнщайн предполагат, че свойствата на обект като неговата позиция и движение са абсолютни. Има практически ограничения за това колко точно можем да измерим пътя на обекта през пространството и времето, но това зависи от нас. Природата познава тяхното движение с безкрайна прецизност. Квантовите модели като атомната физика предполагат, че обектите се управляват от взаимодействия. Тези взаимодействия са вероятностни и неопределени. Дори ако ограничим взаимодействието до ограничени резултати, никога не можем да познаем движението на обект с безкрайна точност, защото природата не го позволява.
Тези два теоретични свята, определеният класически и неопределен квантов, всеки работи изключително добре. Класическата за големи, масивни обекти като бейзболни топки и планети, и квантовата за малки, леки обекти като атоми и молекули. Но и двата подхода се разпадат, когато се опитваме да изучаваме масивни, но малки неща като вътрешността на черните дупки или наблюдаваната вселена в най-ранните моменти на Големия взрив. Защото това има всички свойства на общата теория на относителността с всички свойства на квантовата теория. Тази теория понякога се нарича квантова гравитация, но в момента не знаем, че ще работи.
Как са свързани различните теории. Кредит: Б. Янкулоски
Трудно е да се изучава тази теория, защото нямаме никакви експерименти, които да я тестваме директно. Но ново проучване предлага експеримент, който може да ни даде представа как може да работи квантовата гравитация.
Ключът е да имате обект, който е квантов по природа, но достатъчно масивен, за да има ефект от класическата гравитация. За да направи това, екипът предлага да се използва свръхохладено състояние на материята, известно като кондензат на Бозе-Айнщайн. Това се случва, когато определени групи атоми се охладят толкова много, че ефективно се размиват заедно в едно квантово състояние. Ако милиарди атоми се охладят до кондензат на Бозе-Айнщайн, те биха образували един-единствен квантов обект с маса, приблизително равна на тази на вируса. Малък, но достатъчно масивен, за да бъдат изследвани ефектите на гравитацията.
Екипът предлага да се направи такъв кондензат, след което да се суспендира магнитно, така че само гравитацията да може да взаимодейства с него. В своята работа те показват, че ако гравитацията работи на квантово ниво, тогава формата на кондензата ще се измести леко от неговата „безтегловна“ гаусова форма. Ако гравитацията взаимодейства само на класическо ниво, тогава кондензатът ще остане гаусов.
Този подход може да се осъществи с настоящата ни технология. За разлика от други предложени изследвания, този експеримент ще разчита само на основно свойство на квантовите системи, а не на по-сложни взаимодействия като заплитане. Ако експериментът може да бъде извършен, той би могъл да ни даде първия реален поглед върху фундаменталната природа на квантовата гравитация.
справка:Ричард Хаул и др. “ Негаусовостта като сигнатура на квантовата теория на гравитацията .'PRX Quantum2.1 (2021): 010325.
