Hogyan lehet egyeztetni a modern fizika két ütköző pillérét: a kvantumelméletet és a gravitációt? A tudósok sokáig azt hitték, hogy előbb vagy utóbb a tudomány e vagy azt az elméletet dominánsnak ismeri el, ám a valóság, mint mindig, sokkal érdekesebbnek bizonyult. Az új kutatások azt sugallják, hogy a gravitáció a kvantum szintű véletlenszerű ingadozásokból származhat.
A körülöttünk lévő valóságot magyarázó két alapvető elmélet közül a kvantumelmélet az anyag legkisebb részecskéi közötti kölcsönhatásokra hívja fel a figyelmet, míg az általános relativitáselmélet a gravitációra és az egész univerzum legnagyobb struktúráira vonatkozik. Einstein napja óta a fizikusok megpróbálták áthidalni a különbséget e tanítások között, de változó sikerrel.
A gravitáció és a kvantummechanika összeegyeztetésének egyik módja annak bemutatása volt, hogy a gravitáció az anyag oszthatatlan részecskéin, kvantáin alapul. Ez az elv összehasonlítható azzal, hogy maguk a fénykvantumok, a fotonok képviselik az elektromágneses hullámot. Mostanáig a tudósoknak nem álltak elegendő adat a fenti feltevés alátámasztására, de Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) a Kvantumoptikai Intézetből. Max Planck a németországi Garchingban megpróbálta leírni a gravitációt a kvantummechanika alapelveivel. De hogyan csinálta?
Kvantumvilág
A kvantumelméletben a részecske állapotát a hullámfüggvénye jellemzi. Például lehetővé teszi, hogy kiszámítsa annak valószínűségét, hogy a részecske az űrben egy vagy másik ponton megtalálható. Maga a mérés előtt nem csupán a hol található a részecske, hanem az is, hogy létezik-e. A mérés tényezője szó szerint a valóságot hozza létre a hullámfunkció „elpusztításával”. A kvantummechanika azonban ritkán foglalkozik a méréssel, ezért ez a fizika egyik legvitatottabb területe. Emlékezzen Schrödinger paradoxonjára: addig nem oldhatja meg, amíg nem végez egy mérést úgy, hogy kinyit egy dobozt, és megállapítja, hogy a macska él-e vagy sem.
A paradoxonok egyik megoldása az úgynevezett GRW-modell, amelyet az 1980-as évek végén fejlesztettek ki. Ez az elmélet magában foglalja egy olyan jelenséget, mint a "fáklyák" - a kvantumrendszerek hullámfunkciójának spontán összeomlása. Alkalmazásának eredménye pontosan megegyezik azzal, mintha a méréseket megfigyelők nélkül végezték volna. Tilloy módosította, hogy megmutassa, hogyan lehet felhasználni a gravitációs elmélet megszerzéséhez. Változatában a villanás, amely elpusztítja a hullámfunkciót, és arra kényszeríti a részecskét, hogy egy helyen legyen, szintén gravitációs mezőt hoz létre ebben a pillanatban a tér-időben. Minél nagyobb a kvantumrendszer, annál több részecske van benne, és annál gyakrabban fordul elő fáklya, ezáltal ingadozó gravitációs mezőt hoz létre.
A legérdekesebb dolog az, hogy ezen ingadozások átlagos értéke a nagyon gravitációs mező, amelyet Newton gravitációs elmélete leír. A gravitáció és a kvantummechanika egyesítésének ezt a megközelítését kvázi-klasszikusnak nevezik: a gravitáció kvantumeljárásokból származik, de továbbra is klasszikus erő. "Nincs valódi ok figyelmen kívül hagyni a kvázi-klasszikus megközelítést, amelyben a gravitáció alapvető fontosságú" - mondja Tilloy.
Promóciós videó:
A gravitáció jelensége
Klaus Hornberger a németországi Duisburg-Essen Egyetemen, aki nem vett részt az elmélet fejlesztésében, nagy együttérzéssel kezeli azt. A tudós azonban rámutat arra, hogy mielőtt ez a koncepció alkotná az egységes elmélet alapját, amely egyesíti és megmagyarázza a körülöttünk lévő világ minden alapvető aspektusának természetét, számos problémát kell megoldania. Például Tilloy modelljét határozottan felhasználhatjuk newtoni gravitáció megszerzésére, de a gravitációs elméletnek való megfelelését még mindig a matematika segítségével kell igazolni.
Maga a tudós azonban egyetért azzal, hogy elméletéhez bizonyítékra van szükség. Például azt jósolja, hogy a gravitáció a kérdéses tárgy méretétől függően eltérő módon fog viselkedni: az atomok és a szupermasszív fekete lyukak esetében a szabályok nagyon különbözőek lehetnek. Bárhogy is legyen, ha a tesztekből kiderül, hogy Tillroy modellje valóban tükrözi a valóságot, és a gravitáció valóban a kvantumingadozások következménye, akkor ez lehetővé teszi a fizikusok számára, hogy kvalitatív módon megértsék a körülöttünk lévő valóságot.
Vaszilij Makarov