Jak smířit dva pilíře moderní fyziky: kvantovou teorii a gravitaci? Jeden nebo oba se musí vzdát a odevzdat se. Nový přístup říká, že gravitace může plynout z náhodných výkyvů na kvantové úrovni, díky čemuž je kvantová mechanika podstatnější z obou teorií. Naše dvě hlavní vysvětlení skutečnosti uvádějí, že interakce nejmenších částic hmoty řídí kvantová teorie. Obecná relativita je o gravitaci a největších strukturách ve vesmíru. Od té doby, co Einstein vytvořil svou slavnou teorii, se fyzici pokusili překlenout propast mezi nimi, ale bez úspěchu.
Součástí problému je vědět, které prvky každé teorie jsou zásadní pro naše pochopení reality.
Jedním z přístupů, jak sladit gravitaci s kvantovou mechanikou, bylo ukázat, že gravitace na své nejzákladnější úrovni jde do nedělitelných kusů - quanty, stejně jako elektromagnetické síly vytékají z quanty zvané fotony. Ale tato cesta k teorii kvantové gravitace se ukázala být neprůchodná.
A tak se Antoine Tilloy z institutu Maxe Plancka pro kvantovou optiku v Garchingu v Německu pokusil dostat k gravitaci změnou standardní kvantové mechaniky.
V kvantové teorii je stav částice popsán vlnovou funkcí. Vlnová funkce umožňuje vypočítat například pravděpodobnost nalezení částice v určitém místě během měření. Před měřením není známo, zda částice existuje, a pokud ano, kde. Realita se zdá být vytvořena aktem pozorování, který „ničí“vlnovou funkci.
Kvantová mechanika však nedefinuje, co je měření nebo pozorování. Například v tomto případě existuje potřeba vědomého agenta - člověka? Problém s měřením vede k paradoxům, jako je Schrödingerova kočka, ve které může být kočka živá i mrtvá v krabici, dokud ji někdo neotevře a nehledí do ní.
Jedním z řešení těchto paradoxů je tzv. Model GRW, který byl vyvinut na konci 80. let. Zahrnuje „výbuchy“, které jsou náhodným spontánním zhroucením vlnové funkce kvantových systémů. Výsledek je přesně stejný, jako kdyby byla provedena měření, ale bez zjevného pozorovatele.
Tilloy upravil tento model, aby ukázal, jak by to mohlo vést k teorii gravitace. V tomto modelu, když erupce zničí vlnovou funkci a přinutí částici, aby byla na jednom místě, vytvoří gravitační pole v tom okamžiku v časoprostoru. Masivní kvantový systém s velkým počtem částic vykazuje mnoho světlic a kolísání gravitačního pole.
Propagační video:
Ukazuje se, že z těchto fluktuací lze v průměru očekávat gravitační pole vycházející z Newtonovy teorie gravitace (více viz arxiv.org/abs/1709.03809). Tento přístup ke kombinaci gravitace s kvantovou mechanikou se nazývá semiklasický: gravitace vyplývá z kvantových procesů, ale zůstává klasickou silou. „Neexistuje žádný důvod ignorovat tento semiklasický přístup, ve kterém zůstává gravitace na základní úrovni klasická,“říká Tilloy.
"Tento nápad se mi v zásadě líbí," říká Klaus Hornberger z univerzity v Duisburgu v Essenu v Německu. Poznamenává však také, že je třeba řešit další problémy, než se tento přístup stane vážným uchazečem o sjednocení všech základních sil, které jsou základem fyzikálních zákonů, ve velkém i malém měřítku. Například, Tilloyův model může být použit k odvození gravitace popsané Newtonovou teorií, ale matematici ještě musí určit, zda bude efektivně popisovat gravitaci v rámci Einsteinovy obecné teorie relativity.
Přesto jeho model vytváří předpovědi, které lze ověřit. Například předpovídá, že gravitace se bude chovat odlišně v měřítku atomu a ve velkém měřítku. Pokud testy ukážou, že Tilloyho model odpovídá realitě a gravitace skutečně vyplývá z kolapsu kvantových fluktuací, znamenalo by to důležitý náznak, že teorie všeho by zahrnovala semiklasickou gravitaci.
Ilya Khel