Квантовость гравитации: ученые готовятся проверить самую смелую гипотезу о природе Вселенной

Ученые продолжают искать ответ на одну из самых загадочных тайн современной физики — природу квантовой гравитации . Несмотря на многочисленные достижения в области квантовой физики и теории относительности, до сих пор не существует общепризнанной теории, описывающей квантовые аспекты гравитации. Эта проблема становится особенно актуальной при рассмотрении экстремальных ситуаций, таких как начало Вселенной или внутренние области черных дыр. Для понимания этих процессов необходимо раскрыть квантовую природу гравитации.

На данный момент существуют две ведущие теории, претендующие на объяснение квантовой гравитации: петлевая квантовая гравитация и теория струн. Первая предполагает, что пространство-время состоит из сети крошечных петель, в то время как вторая утверждает, что все частицы — это вибрирующие струны. Однако проверить эти теории в лабораторных условиях крайне сложно, ведь исследовать раннюю Вселенную или черные дыры невозможно.

Недавние достижения в области физики дают надежду на проведение лабораторных экспериментов, которые могут подтвердить квантовую природу гравитации. Эти эксперименты могут выявить, действительно ли гравитация подчиняется квантовым законам, что стало бы прорывом в науке.

Один из таких экспериментов основан на феномене интерференции, который играет ключевую роль в квантовой механике. Примером классического эксперимента, демонстрирующего интерференцию, является опыт Томаса Юнга, проведенный в XIX веке. Он показал, что свет ведет себя как волна, создавая интерференционные полосы при прохождении через две щели. Впоследствии этот опыт был расширен на квантовые объекты, такие как нейтроны, что подтвердило их способность находиться в состоянии суперпозиции, то есть одновременно в нескольких местах.

Возникает вопрос: применима ли эта квантовая "странность" к гравитации и, следовательно, к самому пространству-времени? Если объект может находиться в суперпозиции, создавая различные геометрии пространства-времени, то можно предположить, что и само пространство-время может существовать в суперпозиции.

Ученые предлагают провести эксперимент, который может подтвердить эту гипотезу. В нем предполагается, что свет пройдет мимо объекта, находящегося в суперпозиции. В одной геометрии свет пройдет по прямой, а в другой — будет искривлен гравитацией объекта. Интерференция этих двух путей даст ответ на вопрос: является ли квантовой гравитация? Если интерференционные полосы возникнут, это будет свидетельством квантовой природы гравитации. В противном случае, если гравитация классическая, интерференции не будет.

Проведение таких экспериментов сталкивается с многочисленными трудностями, так как для получения значимого результата необходимо, чтобы объект был достаточно большим для проявления гравитационных эффектов, но при этом достаточно малым, чтобы его квантовая природа оставалась заметной. Примерно такая масса соответствует массе яйца блохи — около 20 микрограммов, что делает этот эксперимент возможным в обозримом будущем.

Несмотря на технические сложности, ученые во всем мире активно работают над созданием условий для подобных экспериментов. Если удастся доказать квантовую природу гравитации, это станет крупнейшим достижением современной физики. Впервые в лабораторных условиях будет создана ситуация, в которой пространство-время проявит свои квантовые свойства.

В случае же, если эксперимент не подтвердит квантовую природу гравитации, это приведет к серьезному пересмотру существующих теорий и может стать началом новой эры в физике, требующей пересмотра фундаментальных представлений о мире. В любом случае, результаты будут иметь огромное значение для нашего понимания вселенной.