Ключевой принцип теории относительности протестируют в квантовом мире

Физики-теоретики вывели квантовые аналоги принципа эквивалентности Альберта Эйнштейна — одной из основополагающих идей общей теории относительности. Согласно его краткой классической формулировке, гравитационная и инертная массы любых тел равны. Авторы работы также предложили концепции новых экспериментов по проверке гипотезы. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Одна из основных проблем в современной физике заключается в том, что современная теория гравитации — общая теория относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна — принципиально несовместима с квантовой механикой. Построение более общей теории, называемой квантовой гравитацией, позволит исследовать процессы в экстремальных условиях — таких, например, что существуют внутри черных дыр или в момент Большого взрыва.

Для этого физики исследуют поведение квантовых частиц в искривленном пространстве-времени, с помощью которого в ОТО описывается гравитация. «Эйнштейновский принцип эквивалентности утверждает, что общая инерционная и гравитационная массы равны. Это значит, что все тела одинаковым образом испытывают действие гравитации, — поясняет соавтор работы Магдалена Зых из Квинслендского университета (Австралия). — Физики спорили, применим ли этот принцип к квантовым частицам. Чтобы выяснить это, нужно проследить за движением квантовых частиц в присутствии гравитации».

Авторы предложили использовать одно из отличительных свойств объектов квантового мира — запутанность, то есть способность находиться в нескольких квантовых состояниях одновременно. Если создать частицы разных масс в запутанном состоянии, то их движение в гравитационном поле должно прояснить, можно ли применить принцип эквивалентности в квантовом режиме. «В нашем исследовании показано, что для квантовых частиц в суперпозиции состояний разных масс принцип эквивалентности по сравнению с классической ситуацией налагает дополнительные ограничения. Ранее мы этого не знали, — поясняет Зых. — Это значит, что предыдущие работы, в которых ученые пытались перенести принцип в условия квантовой физики, были неполны, так как они анализировали только траектории частиц, пренебрегая массами».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.