Интересные факты

Гравитацию могут создавать странные вспышки в квантовом мире

Будто примирить два столпа современной физики: квантовую теорию и гравитацию? Одинешенек или оба должны уступить и пасть. Новый подход говорит, что гравитация может вытекать из случайных флуктуаций на квантовом уровне, что делает квантовую механику фундаментальнее из этих двух теорий. Два наших основных объяснения реальности утверждают, что квантовая теория управляет взаимодействиями наименьших частиц материи. Общая теория относительности же касается гравитации и крупнейших структур во Вселенной. С тех пор, будто Эйнштейн создал свою знаменитую теорию, физики пытались победить разрыв между ними, однако безуспешно.

Частью проблемы является знание того, какие нити каждой теории имеют фундаментальное смысл для нашего понимания реальности.

Одинешенек из подходов к согласованию гравитации с квантовой механикой заключался в том, чтоб показать, что гравитация на самом фундаментальном уровне уходит в неделимые кусочки – кванты, подобно тому будто электромагнитные силы вытекают из квантов под названием фотоны. Однако этот путь к теории квантовой гравитации оказался непроходимым.

И вот Антуан Тиллой из Института квантовой оптики Макса Планка в Гархинге, Германия, попытался добраться до гравитации, изменяя стандартную квантовую механику.

В квантовой теории состояние частицы описывается ее волновой функцией. Волновая функция позволяет рассчитать, так, вероятность нахождения частицы в том или ином месте при измерении. До измерения невесть, существует ли частица, и если конечно, то где. Реальность, судя по всему, создается актом наблюдения, какой «разрушает» волновую функцию.

Однако квантовая механика не определяет, что такое это измерение или наблюдение. Так, нужен ли в таком случае осмысленный агент – человек? Проблема измерения приводит к парадоксам вроде кота Шредингера, в котором кот может быть одновр/еменно и жив, и мертв в коробке, покамест кто-нибудь не откроет коробку и не заглянет в нее.

Одним из решений таких парадоксов является этак называемая модель GRW, которая была разработана в конце 1980-х годов. Она включает «вспышки», которые являются случайными спонтанными коллапсами волновой функции квантовых систем. Итог точно такой же, будто если бы проводились измерения, однако без очевидного наблюдателя.

Похожие новости  Первыми колонизаторами Марса могут стать генетически модифицированные люди

Тиллой модифицировали эту модель, чтоб показать, как она может повергнуть к теории гравитации. В этой модели, когда вспышка разрушает волновую функцию и заставляет частицу оказываться в одном месте, она создает гравитационное поле в этот момент в пространстве-времени. Массивная квантовая система с большим числом частиц демонстрирует масса вспышек, а вместе с тем и флуктуации гравитационного поля.

Оказывается, что в среднем от этих флуктуаций можно было бы ожидать гравитационного поля, вытекающего из теории гравитации Ньютона (подробнее о работе – arxiv.org/abs/1709.03809). Этот подход к объединению гравитации с квантовой механикой называется полуклассическим: гравитация вытекает из квантовых процессов, однако остается классической силой. «Нет никаких причин игнорировать этот полуклассический подход, в котором гравитация остается классической на фундаментальном уровне», говорит Тиллой.

«В принципе, мне нравится эта идея», говорит Клаус Хорнбергер из Университета Дуйсбург-Эссен в Германии. Однако он отмечает также, что нужно разрешить другие проблемы до того, будто этот подход станет серьезным претендентом на союз всех фундаментальных сил, лежащих в основе законов физики, в больших и малых масштабах. Так, модель Тиллоя может быть использована для получения гравитации, описываемой теорией Ньютона, однако математикам еще предстоит установить, будет ли она эффективно описывать гравитацию в рамках общей теории относительности Эйнштейна.

Тем не менее его модель делает прогнозы, которые можно проверить. Так, она прогнозирует, что гравитация будет вести себя по-разному в масштабах атома и на крупных масштабах. Если испытания покажут, что модель Тиллоя соответствует реальности, а гравитация подлинно вытекает из коллапсирующих квантовых флуктуаций, это станет важным указанием на то, что теория итого будет включать полуклассическую гравитацию.

Hi-News.ru — Новости высоких технологий.

Добавить комментарий