Jak smířit dva protichůdné pilíře moderní fyziky: kvantovou teorii a gravitaci? Po dlouhou dobu vědci věřili, že dříve nebo později věda uzná tuto nebo tu teorii za dominantní, ale realita se jako vždy ukázala mnohem zajímavější. Nový výzkum naznačuje, že gravitace může nastat v důsledku náhodných výkyvů na kvantové úrovni.
Mezi dvěma základními teoriemi, které vysvětlují realitu kolem nás, kvantová teorie apeluje na interakci mezi nejmenšími částicemi hmoty a obecná relativita odkazuje na gravitaci a největší struktury v celém vesmíru. Od dob Einsteina se fyzici pokusili překlenout propast mezi těmito učeními, ale s různým úspěchem.
Jedním ze způsobů, jak sladit gravitaci s kvantovou mechanikou, bylo ukázat, že gravitace je založena na nedělitelných částicích hmoty, quantě. Tento princip lze přirovnat k tomu, jak samotná kvanta světla, fotony, představuje elektromagnetickou vlnu. Až dosud vědci neměli dostatek údajů na podporu tohoto předpokladu, ale Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) z Ústavu kvantové optiky. Max Planck v Garchingu v Německu se pokusil popsat gravitaci pomocí principů kvantové mechaniky. Ale jak to udělal?
Kvantový svět
V kvantové teorii je stav částice popsán vlnovou funkcí. To například umožňuje vypočítat pravděpodobnost nalezení částice v jednom nebo druhém bodě ve vesmíru. Před samotným měřením je nejasné nejen to, kde je částice, ale také to, zda existuje. Samotná skutečnost měření doslova vytváří realitu „ničením“vlnové funkce. Kvantová mechanika se však zřídka zabývá měřením, a proto je jednou z nejkontroverznějších oblastí fyziky. Vzpomeňte si na Schrödingerův paradox: nemůžete to vyřešit, dokud neprovedete měření otevřením krabice a zjišťováním, zda je kočka naživu nebo ne.
Jedním z řešení těchto paradoxů je tzv. Model GRW, který byl vyvinut na konci 80. let. Tato teorie zahrnuje takový jev jako „světlice“- spontánní kolaps vlnové funkce kvantových systémů. Výsledek jeho použití je přesně stejný, jako kdyby měření byla prováděna bez pozorovatelů jako takových. Tilloy jej upravil, aby ukázal, jak může být použit k dosažení teorie gravitace. Ve své verzi záblesk, který ničí vlnovou funkci a nutí částici, aby byla na jednom místě, také vytváří gravitační pole v tomto okamžiku v časoprostoru. Čím větší je kvantový systém, tím více částic obsahuje a častěji se vyskytují světlice, čímž se vytváří fluktuační gravitační pole.
Nejzajímavější je, že průměrná hodnota těchto fluktuací je velmi gravitační pole, které popisuje Newtonova gravitační teorie. Tento přístup k sjednocení gravitace s kvantovou mechanikou se nazývá kvazi-klasický: gravitace vychází z kvantových procesů, ale zůstává klasickou silou. "Neexistuje žádný skutečný důvod ignorovat kvazi-klasický přístup, ve kterém je gravitace zásadní na základní úrovni," říká Tilloy.
Propagační video:
Fenomén gravitace
Klaus Hornberger z univerzity v Duisburgu v Essenu v Německu, který se na vývoji teorie nezúčastnil, zachází s velkou sympatií. Vědec však zdůrazňuje, že dříve, než tento koncept vytvoří základ sjednocené teorie, která sjednocuje a vysvětluje podstatu všech základních aspektů světa kolem nás, bude nutné vyřešit řadu problémů. Například Tilloyův model lze určitě použít k získání newtonovské gravitace, ale jeho shodu s gravitační teorií je třeba ještě ověřit pomocí matematiky.
Samotný vědec však souhlasí s tím, že jeho teorie potřebuje důkazní základnu. Například předpovídá, že gravitace se bude chovat odlišně v závislosti na měřítku předmětných objektů: pro atomy a pro superhmotné černé díry mohou být pravidla velmi odlišná. Ať už je to jakkoli, pokud testy odhalí, že Tillroyův model skutečně odráží realitu a gravitace je skutečně důsledkem kvantových výkyvů, umožní to fyzikům pochopit realitu kolem nás na kvalitativně odlišné úrovni.
Vasily Makarov