Kako pomiriti dva sukobljena stupa moderne fizike: kvantnu teoriju i gravitaciju? Znanstvenici su dugo vremena vjerovali da će prije ili kasnije znanost prepoznati ovu ili onu teoriju kao dominantnu, ali stvarnost se, kao i uvijek, pokazala mnogo zanimljivijom. Novo istraživanje sugerira da gravitacija može nastati iz nasumičnih kolebanja na kvantnoj razini.
Među dvije temeljne teorije koje objašnjavaju stvarnost oko nas, kvantna teorija apelira na interakcije između najmanjih čestica materije, dok se opća relativnost odnosi na gravitaciju i najveće strukture u čitavom svemiru. Još od Einsteinovih dana fizičari su pokušavali premostiti jaz između tih učenja, ali s različitim uspjehom.
Jedan od načina da se gravitacija uskladi s kvantnom mehanikom bio je pokazati da se gravitacija temelji na nedjeljivim česticama materije, kvantima. Ovaj se princip može usporediti s načinom na koji kvanti svjetlosti, fotoni, predstavljaju elektromagnetski val. Do sada znanstvenici nisu imali dovoljno podataka koji bi podržali ovu pretpostavku, ali Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) s Instituta za kvantnu optiku. Max Planck iz Garchinga u Njemačkoj pokušao je opisati gravitaciju s načelima kvantne mehanike. Ali kako je to učinio?
Kvantni svijet
U kvantnoj teoriji, stanje čestice je opisano njegovom valnom funkcijom. Na primjer, omogućuje vam izračunavanje vjerojatnosti pronalaska čestice u jednoj ili drugoj točki u prostoru. Prije samog mjerenja nejasno je samo gdje se nalazi čestica, već i postoji li. Sama činjenica mjerenja doslovno stvara stvarnost "uništavanjem" valne funkcije. Ali kvantna mehanika rijetko se bavi mjerenjima, zbog čega je to jedno od najspornijih područja fizike. Sjetite se Schrödingerovog paradoksa: ne možete ga riješiti dok ne izvršite mjerenje otvarajući kutiju i saznajte je li mačka živa ili ne.
Jedno od rješenja ovih paradoksa je takozvani GRW model, koji je razvijen krajem 1980-ih. Ova teorija uključuje takav fenomen kao "baklje" - spontani kolaps valne funkcije kvantnih sustava. Rezultat njegove primjene potpuno je isti kao da su mjerenja provedena bez promatrača kao takvog. Tilloy ga je izmijenio kako bi pokazao kako se može koristiti za dostizanje teorije gravitacije. U svojoj verziji, bljesak koji uništava valnu funkciju i prisiljava česticu na taj način da bude na jednom mjestu također stvara gravitacijsko polje u ovom trenutku u prostoru-vremenu. Što je veći kvantni sustav, to ima više čestica i češće se javljaju, stvarajući tako fluktuirajuće gravitacijsko polje.
Najzanimljivije je da je prosječna vrijednost ovih fluktuacija vrlo gravitacijsko polje koje Newtonova teorija gravitacije opisuje. Ovaj pristup objedinjavanja gravitacije s kvantnom mehanikom naziva se kvaziklasičnim: gravitacija proizlazi iz kvantnih procesa, ali ostaje klasična sila. "Nema pravog razloga zanemariti kvaziklasični pristup u kojem je gravitacija na temeljnoj razini", kaže Tilloy.
Promotivni video:
Fenomen gravitacije
Klaus Hornberger sa Sveučilišta Duisburg-Essen u Njemačkoj, koji nije sudjelovao u razvoju teorije, tretira se s velikom simpatijom. Međutim, znanstvenik ističe da će prije nego što ovaj koncept postane osnova jedinstvene teorije koja objedinjuje i objašnjava prirodu svih temeljnih aspekata svijeta oko nas, biti potrebno riješiti niz problema. Na primjer, Tilloyov se model definitivno može koristiti za dobivanje newtonske gravitacije, ali njegovo podudaranje s gravitacijskom teorijom još uvijek mora biti provjereno pomoću matematike.
Međutim, i sam znanstvenik se slaže da njegova teorija treba bazu dokaza. Na primjer, predviđa da će se gravitacija ponašati različito, ovisno o razmjeri predmetnih predmeta: za atome i za supermasivne crne rupe pravila mogu biti vrlo različita. Ako testovi otkriju da Tillroyev model stvarno odražava stvarnost, a gravitacija je doista posljedica kvantnih kolebanja, fizičari će to omogućiti razumijevanju stvarnosti oko nas na kvalitativno različitoj razini.
Vasily Makarov