Прорив у фізиці: теорія гравітації Ейнштейна вперше проявила себе у квантовому світі

Вчені вперше виявили, що теорія гравітації Альберта Ейнштейна діє й у квантовому світі. Це сталося під час спостережень за падаючими атомами. Це відкриття є важливим кроком на шляху до створення теорії всього або теорії квантової гравітації. Результати дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише Space.

Теорія гравітації або загальна теорія відносності Ейнштейна описує Всесвіт у масштабах планет, зірок і галактик. Квантова механіка описує фізичні явища, що відбуваються на субатомному рівні. Ці дві найважливіші теорії фізики не поєднуються, тобто теорії квантової гравітації поки що не існує. Але автори дослідження вважають, що вони на крок наблизилися до створення теорії всього, яка описує весь Всесвіт у різних масштабах одночасно.

Фізики вирішили з’ясувати, як змінюються квантові властивості атомів під час їхнього падіння під дією гравітації. В основі експерименту лежить важливий елемент загальної теорії відносності Ейнштейна, відомий як принцип еквівалентності. Він стверджує, що для спостерігача, який перебуває у стані вільного падіння, гравітація повинна зникати.

Уявіть, що ви перебуваєте в ліфті й не знаєте, що відбувається зовні. При цьому ви кидаєте м’яч, який падає на підлогу ліфта. Але ви не знаєте, чи стоїте ви на першому поверсі, чи ліфт рухається вгору з прискоренням, рівним напруженості гравітаційного поля Землі (9,8 м/с²). Ви не можете відрізнити гравітацію від прискорення. У цьому й полягає суть принципу еквівалентності.

Щоб перевірити принцип еквівалентності на квантовому рівні, фізики розділили квантову хвилю, пов’язану з атомом, що падає, на два потоки. Один із них утримувався на місці, тоді як іншому дозволяли вільно падати. Потім вчені знову об'єднали ці хвилі, щоб зафіксувати зміни, спричинені гравітацією.

У експерименті використовували атоми рубідію, охолоджені майже до абсолютного нуля, тобто до температури, трохи вищої за мінус 273,15 градусів Цельсія. Таким чином, фізики вперше виміряли вплив гравітації на фазу квантової хвилі атома.

Хоча цей експеримент демонструє принцип еквівалентності у квантовому масштабі, він не є доказом існування квантової гравітації. Однак вчені вважають, що це важливий крок на шляху до створення теорії квантової гравітації.

Інші новини науки

• Експеримент на космічній станції підтверджує ключовий момент теорії відносності Ейнштейна.
• Люди на Марсі зможуть жити в будинках із дріжджів та желе: що придумали вчені.