Du nauji eksperimentai patvirtina: Einšteino gravitacijos principas veikia ir kvantiniu masteliu

Šią savaitę žurnale „Science Advances“ publikuoti du nepriklausomi eksperimentai sustiprino vieną iš pagrindinių Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos ramsčių, parodydami, kad ekvivalentiškumo principas, idėja, jog gravitacija visus objektus veikia vienodai, galioja ir kvantiniame pasaulyje.

Kvantinis objektas laisvajame krytyje

Vieno eksperimento metu Negevo Ben Guriono universiteto, Oksfordo universiteto ir Ulmo universiteto mokslininkai sukūrė prietaisą, kurį pavadino Kvantiniu Galilėjaus interferometru, kad pirmą kartą tiesiogiai išmatuotų laisvai krentančio atominės bangos paketo sukauptą kvantinę fazę. Komanda atvėsino rubidžio 87 atomus iki Bozės ir Einšteino kondensato ir panaudojo mikrobangų impulsus, kad padalytų kiekvieno atomo kvantinę bangą į du kelius: vieną, išlaikomą stacionariai Žemės atžvilgiu naudojant magnetinius laukus, ir kitą, kuriam leista laisvai kristi veikiant gravitacijai.thebrighterside+1

Kai du bangų paketai vėl susijungė, jų interferencijos vaizdas atskleidė maždaug 80 radianų sukauptą fazę per daugiau nei penkias matavimų valandas, atitinkančią vertę, gautą pritaikius ekvivalentiškumo principą kvantenei mechanikai. „Šis eksperimentas pastūmėja kvantinę mechaniką į vieną iš įdomiausių jos ribų, gravitaciją, ir rodo, kad jos prognozės dar kartą pasitvirtina“, teigė Oksfordo universiteto fizikas Vlatko Vedralas.interestingengineering+1

Atomai orbitoje

Atskirai komanda, vadovaujama Ming-Sheng Zhano iš Uchano fizikos ir matematikos instituto, išbandė silpnąjį ekvivalentiškumo principą Kinijos kosminėje stotyje. Mokslininkai atvėsino du rubidžio izotopus beveik iki absolutaus nulio ir paleido juos atomų interferometro viduje, kur lazerio impulsai padalijo kiekvieną debesį į du kvantinius kelius prieš juos vėl sujungdami. Surinkus duomenis per 280 dienų orbitoje, nustatyta, kad izotopai pagreitėja identiškai maždaug penkių 100 milijonų dalių tikslumu, t. y. maždaug trimis eilėmis tiksliau nei bet koks ankstesnis atomais pagrįstas bandymas mikrogravitacijoje.phys+1

Orbitalinė aplinka suteikė pagrindinį pranašumą: nepertraukiamas laisvas kritimas aplink Žemę leido stebėti atomus daug ilgiau, nei leidžia bet kuri antžeminė laboratorija.phys

Kas lieka neatsakyta

Nė vienas eksperimentas nesujungia kvantinės mechanikos su bendrąja reliatyvumo teorija. Ben Guriono komandos rezultatas patvirtina konkrečią fazių santykio atitiktį ekvivalentiškumo principui, tačiau neįrodo, kad pati gravitacija turi kvantinių savybių. Kosminės stoties matavimas susiaurina erdvę, kurioje galėtų slėptis bet koks principo pažeidimas, tačiau jos visiškai neužveria.thebrighterside+1

Abiejų komandų darbai rodo į ateities tyrimus, kurie galėtų žengti į dar sudėtingesnes sritis. Kvantinio Galilėjaus interferometro grupė dirba siekdama atlikti eksperimentus su nanodeimantais: objektais, pakankamai masyviais, kad būtų galima patikrinti, ar vyksta su gravitacija susijęs kvantinių superpozicijų žlugimas, kaip siūlė seras Rogeris Penrose'as. M. Zhano komanda teigia, kad ilgesnis laisvojo kritimo laikas ir stabilesnės platformos galėtų dar labiau padidinti orbitinį tikslumą. Kol kas šimto metų senumo Einšteino principas sėkmingai išlaikė dar du patikrinimus.phys+1