April 21, 2024

Η «κβαντική βαρύτητα» θα μπορούσε να βοηθήσει τελικά στην ένωση της κβαντικής μηχανικής με τη γενική σχετικότητα

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν τρόπο μέτρησης της βαρύτητας σε μικροσκοπικά επίπεδα, ίσως φέρνοντάς τους πιο κοντά στο σχηματισμό μιας θεωρίας της «κβαντικής βαρύτητας» και στην επίλυση ορισμένων σημαντικών κοσμικών μυστηρίων.

Η κβαντική φυσική προσφέρει στους επιστήμονες την καλύτερη περιγραφή του σύμπαντος σε μικροσκοπικές κλίμακες μικρότερες από τα άτομα. Albert EinsteinΗ θεωρία της γενικής σχετικότητας, από την άλλη πλευρά, προσφέρει την καλύτερη περιγραφή της φυσικής σε τεράστιες κοσμικές κλίμακες. Ωστόσο, είναι απογοητευτικό το γεγονός ότι κάτι λείπει ακόμη και μετά από 100 χρόνια που και οι δύο θεωρίες έχουν περάσει από μεγάλη πειραματική επαλήθευση.

Ανεξάρτητα από το πόσο σταθερές και ακριβείς έχουν γίνει οι δύο θεωρίες που αναπτύχθηκαν στις αρχές του 20ου αιώνα, αρνήθηκαν να ενωθούν.

Ένας από τους κύριους λόγους για αυτό το δίλημμα είναι ότι ενώ τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος (ηλεκτρομαγνητισμός, η ισχυρή πυρηνική δύναμη και η ασθενής πυρηνική δύναμη) έχουν κβαντικές περιγραφές, δεν υπάρχει κβαντική θεωρία για την τέταρτη: βαρύτητα.

Τώρα, ωστόσο, μια διεθνής ομάδα έχει σημειώσει πρόοδο στην επίλυση αυτής της ανισορροπίας ανιχνεύοντας με επιτυχία μια ασθενή βαρυτική έλξη σε ένα μικροσκοπικό σωματίδιο χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνική. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό θα μπορούσε να είναι το πρώτο δοκιμαστικό βήμα σε μια διαδρομή που οδηγεί σε μια θεωρία της «κβαντικής βαρύτητας».

«Επί έναν αιώνα, οι επιστήμονες προσπάθησαν, ανεπιτυχώς, να καταλάβουν πώς η βαρύτητα και η κβαντομηχανική συνεργάζονται», δήλωσε σε δήλωση το μέλος της ομάδας Tim Fuchs, επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Southampton. «Κατανοώντας την κβαντική βαρύτητα, θα μπορούσαμε να λύσουμε μερικά από τα μυστήρια του σύμπαντος μας, όπως πώς ξεκίνησε, τι συμβαίνει μέσα στις μαύρες τρύπες ή να συγκεντρώσουμε όλες τις δυνάμεις σε μια μεγάλη θεωρία».

Σχετίζεται με: Ο «κυματιστής χωροχρόνος» μπορεί να εξηγήσει γιατί η βαρύτητα δεν ακολουθεί τους κβαντικούς κανόνες

Το Gravity έχει την «ανατριχιαστική» αντιμετώπιση

Ίσως είναι σκόπιμο η γενική σχετικότητα και η κβαντική φυσική να μην συμβαδίζουν. Εξάλλου, ο Αϊνστάιν δεν ήταν ποτέ άνετος με την κβαντική φυσική. Αυτό συμβαίνει επειδή, ενώ υπάρχουν πολλές αντιδιαισθητικές πτυχές της κβαντικής φυσικής, βρήκε μια ιδιαίτερα ανησυχητική.

Ήταν η έννοια της διαπλοκής. Με τον κίνδυνο της απλοποίησης, η εμπλοκή έχει να κάνει με το συντονισμό των σωματιδίων με τέτοιο τρόπο που η αλλαγή των ιδιοτήτων ενός σωματιδίου μεταβάλλει αμέσως τις ιδιότητες ενός εμπλεκόμενου σωματιδίου εταίρου, ακόμα κι αν ο σύντροφος βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά του σύμπαντος. Ο Αϊνστάιν ονόμασε αυτή την «απόκοσμη δράση εξ αποστάσεως», καθώς αμφισβητούσε την έννοια του τοπικού ρεαλισμού.

Ο τοπικός ρεαλισμός είναι η ιδέα ότι τα αντικείμενα έχουν πάντα καθορισμένες ιδιότητες και ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των αντικειμένων περιορίζονται από την απόσταση και την ταχύτητα του φωτός, ένα παγκόσμιο όριο ταχύτητας που εισήγαγε ο Αϊνστάιν ως βάση της ειδικής σχετικότητας. Στην πραγματικότητα, η ειδική σχετικότητα είναι η θεωρία που οδήγησε στη διατύπωση της γενικής σχετικότητας. Ωστόσο, παρά τις διαμαρτυρίες του Αϊνστάιν, οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι η εμπλοκή και άλλες αντιδιαισθητικές πτυχές της κβαντικής φυσικής είναι πραγματικά παράγοντες της πραγματικότητας σε υποατομική κλίμακα.

Αυτή η απόδειξη έχει επιτευχθεί με πλήθος πρωτοποριακών πειραμάτων. Ο Fuchs και οι συνεργάτες του, για παράδειγμα, ακολουθούν τα βήματα φυσικών όπως ο Alain Aspect, ο John Clauser και ο Anton Zeilinger, που κέρδισαν το Νόμπελ Φυσικής 2022 για την πειραματική επαλήθευση της μη τοπικής φύσης της διαπλοκής.

Στο νέο τους κβαντικό πείραμα, οι ερευνητές, συμπεριλαμβανομένων επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον, το Πανεπιστήμιο του Λέιντεν και το Ινστιτούτο Φωτονικής και Νανοτεχνολογίας, χρησιμοποίησαν υπεραγώγιμες μαγνητικές «παγίδες» για να μετρήσουν την ασθενέστερη βαρυτική έλξη στη μικρότερη μάζα που έχει προσπαθήσει ποτέ κάποιος. τρόπος. .

Το μικρό σωματίδιο αιωρείται στην υπεραγώγιμη παγίδα σε θερμοκρασίες περίπου -459,4 βαθμών Φαρενάιτ (-273 βαθμοί Κελσίου), που είναι μόλις μερικά εκατοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, την υποθετική θερμοκρασία στην οποία θα σταματούσε κάθε κίνηση. Αυτή η παγωμένη θερμοκρασία ήταν απαραίτητη για να περιοριστούν οι δονήσεις των σωματιδίων στο ελάχιστο. Τέλος, η ομάδα μέτρησε μια βαρυτική έλξη 30 “attoNewtons” στο σωματίδιο.

Τα AttoNewton αντιπροσωπεύουν ένα μέτρο δύναμης. Για να σας δώσουμε μια ιδέα για το πόσο μικρή ήταν η βαρυτική δύναμη στα σωματίδια που μελετήθηκαν, ένα Newton ορίζεται ως η δύναμη που απαιτείται για την παροχή μάζας ενός κιλού με επιτάχυνση ενός μέτρου ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο. Και 30 attoNewton ισούται με 0,000000000000000003 Newton!

«Τώρα που μετρήσαμε επιτυχώς τα βαρυτικά σήματα στη μικρότερη μάζα που έχει καταγραφεί ποτέ, σημαίνει ότι είμαστε ένα βήμα πιο κοντά στο να συνειδητοποιήσουμε επιτέλους πώς λειτουργεί μαζί», είπε ο Fuchs. «Από εδώ, θα αρχίσουμε να μειώνουμε την πηγή χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική μέχρι να φτάσουμε στον κβαντικό κόσμο και στις δύο πλευρές».

ΣΧΕΤΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΑ:

— Άλμπερτ Αϊνστάιν: βιογραφία, θεωρίες και αποσπάσματα.

— 10 καταπληκτικά πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε για την κβαντική φυσική

— Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν

Ο Hendrik Ulbricht, μέλος της ομάδας και επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον, είπε ότι αυτό το πείραμα ανοίγει το δρόμο για δοκιμές με ακόμη μικρότερες μάζες, καθώς και για τη μέτρηση ακόμη μικρότερων βαρυτικών δυνάμεων.

“Πιέζουμε τα όρια της επιστήμης που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες ανακαλύψεις σχετικά με τη βαρύτητα και τον κβαντικό κόσμο. Η νέα μας τεχνική που χρησιμοποιεί εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και συσκευές για την απομόνωση της δόνησης των σωματιδίων θα είναι πιθανότατα ο δρόμος προς τα εμπρός για τη μέτρηση της κβαντικής βαρύτητας.” “. κατέληξε. «Η αποκάλυψη αυτών των μυστηρίων θα μας βοηθήσει να ξεκλειδώσουμε περισσότερα μυστικά σχετικά με την ίδια τη δομή του σύμπαντος, από τα μικρότερα σωματίδια έως τις μεγαλειώδεις κοσμικές δομές».

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε την Παρασκευή (23 Φεβρουαρίου) στο περιοδικό Science Advances.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *