Hvordan forene de to motstridende søylene i moderne fysikk: kvanteteori og tyngdekraft? I lang tid trodde forskere at vitenskapen før eller siden ville anerkjenne denne eller den teorien som dominerende, men virkeligheten, som alltid, viste seg å være mye mer interessant. Ny forskning antyder at tyngdekraften kan oppstå fra tilfeldige svingninger på kvantenivå.
Blant de to grunnleggende teoriene som forklarer virkeligheten rundt oss, appellerer kvanteteori til samspillene mellom de minste stoffpartiklene, mens generell relativitet refererer til tyngdekraften og de største strukturene i hele universet. Siden Einsteins dager har fysikere prøvd å bygge bro mellom disse læresetningene, men med varierende suksess.
En måte å forene tyngdekraften med kvantemekanikken var å vise at tyngdekraften er basert på udelelige substanser av materie, quanta. Dette prinsippet kan sammenlignes med hvordan lysets kvanta, fotoner, representerer en elektromagnetisk bølge. Til nå har forskere ikke hatt nok data til å støtte denne antagelsen, men Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) fra Institute of Quantum Optics. Max Planck i Garching, Tyskland, prøvde å beskrive tyngdekraften med kvantemekanikkens prinsipper. Men hvordan gjorde han det?
Kvanteverden
I kvante teori er tilstanden til en partikkel beskrevet av dens bølgefunksjon. Det lar deg for eksempel beregne sannsynligheten for å finne en partikkel på et eller annet punkt i rommet. Før selve målingen er det uklart ikke bare hvor partikkelen er, men også om den eksisterer. Selve målingen skaper bokstavelig talt virkeligheten ved å "ødelegge" bølgefunksjonen. Men kvantemekanikk adresserer sjelden måling, og det er derfor det er et av de mest kontroversielle områdene i fysikken. Husk Schrödingers paradoks: du kan ikke løse det før du tar en måling ved å åpne en boks og finne ut om katten er i live eller ikke.
En løsning på disse paradoksene er den såkalte GRW-modellen, som ble utviklet på slutten av 1980-tallet. Denne teorien inkluderer et slikt fenomen som "fakler" - spontane kollaps av kvantesystemers bølgefunksjon. Resultatet av bruken er nøyaktig det samme som om målingene ble utført uten observatører som sådan. Tilloy modifiserte den for å vise hvordan den kan brukes til å komme frem til en teori om tyngdekraften. I sin versjon skaper et blitz som ødelegger bølgefunksjonen og tvinger partikkelen derved til å være på ett sted også et gravitasjonsfelt i dette øyeblikket i rom-tid. Jo større kvantesystemet er, jo mer partikler inneholder det og desto hyppigere oppblussinger oppstår, og skaper derved et svingende gravitasjonsfelt.
Det mest interessante er at gjennomsnittsverdien av disse svingningene er selve gravitasjonsfeltet som Newtons teori om tyngdekraft beskriver. Denne tilnærmingen for å forene tyngdekraft med kvantemekanikk kalles kvasiklassisk: tyngdekraften stammer fra kvanteprosesser, men forblir en klassisk kraft. "Det er ingen reell grunn til å ignorere den kvasiklassiske tilnærmingen, der tyngdekraften er grunnleggende på et grunnleggende nivå," sier Tilloy.
Salgsfremmende video:
Fenomenet tyngdekraft
Klaus Hornberger ved Universitetet i Duisburg-Essen i Tyskland, som ikke deltok i utviklingen av teorien, behandler den med stor sympati. Imidlertid påpeker forskeren at før dette konseptet danner grunnlaget for en enhetlig teori som forener og forklarer naturen til alle grunnleggende aspekter av verden rundt oss, vil det være nødvendig å løse en rekke problemer. For eksempel kan Tilloys modell definitivt brukes til å oppnå newtonsk tyngdekraft, men korrespondansen til gravitasjonsteorien må fremdeles bekreftes ved hjelp av matematikk.
Imidlertid er forskeren selv enig i at teorien hans trenger et bevisgrunnlag. For eksempel spår han at tyngdekraften vil oppføre seg annerledes avhengig av omfanget av gjenstandene det gjelder: for atomer og for supermassive sorte hull kan reglene være veldig forskjellige. Det er som det kan, hvis tester avslører at Tillroys modell virkelig reflekterer virkeligheten, og tyngdekraften virkelig er en konsekvens av kvantumsvingninger, vil dette tillate fysikere å forstå virkeligheten rundt oss på et kvalitativt annet nivå.
Vasily Makarov
