Квантовую гравитацию изучат при помощи запутанности

При помощи двух принципиальных схем экспериментов физики планируют выяснить, не квантовая ли природа у гравитации. Идея заключается в том, чтобы поместить массивные тела в состояние запутанности, которое может поддерживаться только при помощи квантовых взаимодействий. Работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Квантовая механика и общая теория относительности прекрасно работают в своих областях, их предсказания проверены с очень большой точностью. Однако описать ситуации, когда эффекты обеих теорий становятся сильны, например в окрестностях черных дыр, физикам пока не удается. В математическом смысле есть некоторый прогресс в примирении этих теорий, но прямые эксперименты нереалистичны из-за невероятных значений требуемых плотностей энергии и чрезвычайно слабых отклонений от стандартных теорий в обычной ситуации.

Два коллектива ученых из Великобритании предложили похожие эксперименты, в которых можно будет подтвердить или опровергнуть гипотезу о квантовой природе гравитации. В изложенных схемах два массивных объекта (например, микросферы) должны взаимодействовать только посредством гравитации. Если в такой ситуации они окажутся в запутанном состоянии, то гипотеза подтвердится, так как только квантовое взаимодействие может создавать квантово-запутанное состояние. Для этого сначала необходимо поместить тела в суперпозицию состояний. Физики предлагают сделать это, отправив объекты в расположенные рядом интерферометры. Если массы окажутся запутанными на выходе из интерферометров, то гравитация окажется квантовой.

Представленные опыты также будет непросто реализовать. Как минимум будет весьма сложно убедиться, что объекты взаимодействуют только при помощи гравитации. Тем не менее эти эксперименты намного ближе к реальности, чем абсолютное большинство других предложенных, таких как непосредственное детектирование кванта гравитации — гравитона. Для воплощения в реальность ученым необходимо научиться поддерживать достаточно массивные объекты в состоянии квантовой суперпозиции, а также как можно сильнее уменьшить влияние других взаимодействий.