Cum să împăcăm cei doi piloni conflictuali ai fizicii moderne: teoria cuantică și gravitația? Multă vreme, oamenii de știință au crezut că, mai devreme sau mai târziu, știința va recunoaște această teorie sau aceea ca fiind dominantă, dar realitatea, ca întotdeauna, s-a dovedit a fi mult mai interesantă. Noi cercetări sugerează că gravitația poate apărea din fluctuații aleatorii la nivel cuantic.
Printre cele două teorii fundamentale care explică realitatea din jurul nostru, teoria cuantică apelează la interacțiunile dintre cele mai mici particule de materie, în timp ce relativitatea generală se referă la gravitație și la cele mai mari structuri din întregul univers. Încă din zilele lui Einstein, fizicienii au încercat să elimine decalajul dintre aceste învățături, dar cu succes diferit.
O modalitate de a reconcilia gravitația cu mecanica cuantică a fost să arate că gravitația se bazează pe particule indivizibile de materie, quanta. Acest principiu poate fi comparat cu modul în care quanta luminii în sine, fotoni, reprezintă o undă electromagnetică. Până acum, oamenii de știință nu au avut suficiente date pentru a susține această presupunere, ci Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) de la Institutul de Optică Cuantică. Max Planck din Garching, Germania, a încercat să descrie gravitația cu principiile mecanicii cuantice. Dar cum a făcut-o?
Lumea cuantică
În teoria cuantică, starea unei particule este descrisă prin funcția ei de undă. De exemplu, vă permite să calculați probabilitatea de a găsi o particulă într-un punct sau altul în spațiu. Înainte de măsurarea în sine, nu este clar nu numai unde se află particulele, ci și dacă există. Însuși faptul de măsurare creează literalmente realitatea prin „distrugerea” funcției de undă. Însă mecanica cuantică abordează rar măsurarea, motiv pentru care este una dintre cele mai controversate domenii ale fizicii. Amintiți-vă paradoxul lui Schrödinger: nu îl puteți rezolva până nu faceți o măsurătoare deschizând o cutie și aflați dacă pisica este vie sau nu.
O soluție la aceste paradoxuri este așa-numitul model GRW, care a fost dezvoltat la sfârșitul anilor '80. Această teorie include un astfel de fenomen ca "flares" - prăbușiri spontane ale funcției de undă a sistemelor cuantice. Rezultatul aplicării sale este exact același ca și în cazul în care măsurătorile s-ar fi efectuat fără observatori ca atare. Tilloy l-a modificat pentru a arăta cum poate fi folosit pentru a ajunge la o teorie a gravitației. În versiunea sa, un flash care distruge funcția de undă și forță particula astfel să fie într-un singur loc, de asemenea, creează un câmp gravitațional în acest moment în spațiu-timp. Cu cât sistemul cuantic este mai mare, cu atât conțin mai multe particule și apar mai multe flăcări, creând astfel un câmp gravitațional fluctuant.
Cel mai interesant este că valoarea medie a acestor fluctuații este chiar câmpul gravitațional pe care îl descrie teoria gravitației lui Newton. Această abordare a unirii gravitației cu mecanica cuantică se numește cvasiclasică: gravitația rezultă din procesele cuantice, dar rămâne o forță clasică. „Nu există niciun motiv real pentru a ignora abordarea cvasi-clasică, în care gravitația este fundamentală la un nivel fundamental”, spune Tilloy.
Video promotional:
Fenomenul gravitației
Klaus Hornberger de la Universitatea Duisburg-Essen din Germania, care nu a luat parte la dezvoltarea teoriei, o tratează cu mare simpatie. Cu toate acestea, savantul subliniază că, înainte ca acest concept să stea la baza unei teorii unificate, care să unească și să explice natura tuturor aspectelor fundamentale ale lumii din jurul nostru, va fi necesară rezolvarea unui număr de probleme. De exemplu, modelul lui Tilloy poate fi folosit cu siguranță pentru obținerea gravitației newtoniene, dar corespondența sa cu teoria gravitațională trebuie totuși verificată folosind matematica.
Cu toate acestea, savantul însuși este de acord că teoria lui are nevoie de o bază de dovezi. De exemplu, el prezice că gravitația se va comporta diferit în funcție de scara obiectelor în cauză: pentru atomi și pentru găuri negre supermasive, regulile pot fi foarte diferite. Așa se poate, dacă testele dezvăluie că modelul lui Tillroy reflectă într-adevăr realitatea, iar gravitația este într-adevăr o consecință a fluctuațiilor cuantice, atunci acest lucru va permite fizicienilor să înțeleagă realitatea din jurul nostru la un nivel calitativ diferit.
Vasily Makarov
