Fyzici poprvé pozorovali Einsteinovu gravitaci v kvantovém světě

Mezinárodní tým fyziků poprvé přímo pozoroval gravitační jev předpovězený Einsteinovým principem ekvivalence v kvantovém měřítku. Poskytl tak vzácné experimentální přemostění mezi dvěma nejúspěšnějšími, avšak neslučitelnými fyzikálními teoriemi.

Výzkum publikovaný ve středu 2. září v časopise Science Advances využil ultrachladné atomy rubidia k měření toho, jak gravitace ovlivňuje kvantovou fázi padajícího atomu, a zjistil, že výsledky odpovídají předpovědím obecné teorie relativity.sciencedaily+1

Rozdělení atomů k otestování Einsteina

Experiment, který vedl Ron Folman z Ben Gurionovy univerzity v Negevu se spolupracovníky z Oxfordské univerzity, univerzity v Ulmu a dalších institucí, využíval zařízení zvané Kvantový Galileův interferometr. Tým ochladil mračna atomů rubidia na teplotu těsně nad absolutní nulou a umístil je do blízkosti speciálně navrženého atomového čipu. Pomocí mikrovlnných pulzů uvedli vědci atomy do kvantové superpozice: stavu, v němž každý atom v podstatě sledoval dvě dráhy současně.sciencedaily

V jedné dráze magnetická pole generovaná čipem působila proti gravitaci a udržovala atom v klidu. Ve druhé dráze byl atom vymrštěn magnetickým pulzem vzhůru a poté ponechán volnému pádu. Když se obě dráhy opět spojily, výsledný interferenční obrazec odhalil měřitelný posun v kvantové fázi, který odpovídal tomu, co by pro kvantový objekt předpovídal Einsteinův princip ekvivalence.space+1

„Jedná se o jedinečnou práci v tom smyslu, že spojuje náročný experiment s dalekosáhlou teoretickou interpretací jedné z nejzákladnějších otázek fyziky,“ uvedl Folman v prohlášení.sciencedaily

Co to dokazuje a co ne

Tým, jehož členem je i nositel Nobelovy ceny za fyziku sir Roger Penrose, si dal záležet na přesném vymezení hranic svého úspěchu. Výsledek nesjednocuje kvantovou mechaniku a obecnou teorii relativity, ani nedokazuje, že samotná gravitace je kvantová. Ukazuje však, že Einsteinův princip ekvivalence zůstává za testovaných podmínek kompatibilní s kvantovým chováním.discovermagazine+1

„Nemáme žádnou konzistentní teorii, která by nám říkala, proč by kvantová fyzika měla selhat,“ uvedl spoluautor studie Vlatko Vedral z Oxfordské univerzity. „Tento experiment posouvá kvantovou mechaniku na jednu z jejích nejzajímavějších hranic, k gravitaci, a ukazuje, že její předpovědi opět platí.“sciencedaily+1

Dlouhá cesta před námi

Penrose dlouhodobě tvrdí, že kvantová mechanika by mohla selhat, pokud jsou dostatečně hmotné objekty udržovány v superpozici po delší dobu. Současný experiment nezahrnoval objekty dostatečně velké na to, aby tuto hypotézu otestoval, ale vědci doufají, že tuto metodu nakonec rozšíří i na těžší objekty, včetně nanodiamantů. Experimenty směřující k tomuto cíli již na Ben Gurionově univerzitě probíhají.sciencedaily