Ako zladiť dva protichodné piliere modernej fyziky: kvantovú teóriu a gravitáciu? Vedci dlho verili, že skôr alebo neskôr veda uzná túto alebo tú teóriu za dominantnú, ale realita sa ako vždy ukázala oveľa zaujímavejšia. Nový výskum naznačuje, že gravitácia môže vzniknúť z náhodných výkyvov na kvantovej úrovni.
Medzi dvoma základnými teóriami, ktoré vysvetľujú realitu okolo nás, kvantová teória oslovuje interakcie medzi najmenšími časticami hmoty, zatiaľ čo všeobecná relativita sa týka gravitácie a najväčších štruktúr v celom vesmíre. Od čias Einsteinovci sa fyzici snažili preklenúť priepasť medzi týmito učeniami, ale s rôznym úspechom.
Jedným zo spôsobov, ako zladiť gravitáciu s kvantovou mechanikou, bolo preukázať, že gravitácia je založená na nedeliteľných časticiach hmoty, quanta. Tento princíp sa dá porovnať s tým, ako samotná kvanta svetla, fotóny, predstavuje elektromagnetickú vlnu. Až doteraz vedci nemali dostatok údajov na podporu tohto predpokladu, ale Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) z Ústavu kvantovej optiky. Max Planck v Garchingu v Nemecku sa pokúsil opísať gravitáciu pomocou princípov kvantovej mechaniky. Ale ako to urobil?
Kvantový svet
V kvantovej teórii je stav častice opísaný jej vlnovou funkciou. Napríklad vám umožňuje vypočítať pravdepodobnosť nájdenia častice v jednom alebo druhom mieste v priestore. Pred samotným meraním je nejasné nielen to, kde sa častice nachádzajú, ale aj to, či existuje. Samotná skutočnosť merania doslova vytvára realitu „ničením“vlnovej funkcie. Kvantová mechanika sa však len zriedka zameriava na meranie, a preto je jednou z najkontroverznejších oblastí fyziky. Pamätajte na Schrödingerov paradox: nemôžeme to vyriešiť, kým nezmeráte otvorením škatule a zistením, či je mačka nažive alebo nie.
Jedným z riešení týchto paradoxov je tzv. Model GRW, ktorý bol vyvinutý na konci osemdesiatych rokov. Táto teória zahŕňa taký jav ako „svetlice“- spontánne zrútenie vlnovej funkcie kvantových systémov. Výsledok jeho aplikácie je úplne rovnaký, ako keby boli merania vykonané bez pozorovateľov ako takých. Tilloy ho upravila, aby ukázala, ako sa dá použiť na dosiahnutie teórie gravitácie. Vo svojej verzii blesk, ktorý ničí vlnovú funkciu a núti časticu, aby bola na jednom mieste, tiež vytvára gravitačné pole v tomto okamihu v časopriestore. Čím väčší je kvantový systém, tým viac častíc obsahuje a častejšie sa vyskytujú svetlice, čím sa vytvára kolísavé gravitačné pole.
Najzaujímavejšie je, že priemerná hodnota týchto fluktuácií je veľmi gravitačné pole, ktoré popisuje Newtonova teória gravitácie. Tento prístup k zjednoteniu gravitácie s kvantovou mechanikou sa nazýva kvazi-klasický: gravitácia vychádza z kvantových procesov, ale zostáva klasickou silou. „Neexistuje žiadny skutočný dôvod ignorovať kváziklasický prístup, v ktorom je gravitácia na základnej úrovni zásadná,“hovorí Tilloy.
Propagačné video:
Fenomén gravitácie
Klaus Hornberger z univerzity v Duisburgu v Essene v Nemecku, ktorý sa nezúčastnil na vývoji teórie, s ňou zaobchádza s veľkou sympatiou. Vedec však zdôrazňuje, že skôr ako tento koncept vytvorí základ zjednotenej teórie, ktorá zjednocuje a vysvetľuje povahu všetkých základných aspektov sveta okolo nás, bude potrebné vyriešiť celý rad problémov. Napríklad Tilloyov model sa dá určite použiť na získanie newtonovskej gravitácie, ale jeho súlad s gravitačnou teóriou je stále potrebné overiť pomocou matematiky.
Samotný vedec však súhlasí s tým, že jeho teória potrebuje základňu dôkazov. Napríklad predpovedá, že gravitácia sa bude správať odlišne v závislosti od rozsahu predmetov: pre atómy a pre superhmotné čierne diery môžu byť pravidlá veľmi odlišné. Či už je to tak, ak testy ukážu, že Tillroyov model skutočne odráža realitu a gravitácia je skutočne dôsledkom kvantových fluktuácií, umožní to fyzikom pochopiť realitu okolo nás na kvalitatívne odlišnej úrovni.
Vasily Makarov