Фізики Досліджують Квантову Гравітацію Через Експерименти із Заплутаністю Мас

Питання про квантову природу гравітації, єдиної з чотирьох фундаментальних взаємодій, що залишається неінтегрованою у квантово-механічну парадигму, залишається однією з найважливіших нерозв'язаних проблем сучасної теоретичної фізики. На відміну від електромагнетизму, а також сильної та слабкої ядерних взаємодій, які успішно описуються квантовими теоріями поля, гравітація, згідно з Альбертом Ейнштейном, описується як викривлення простору-часу, що підпорядковується класичним законам Загальної теорії відносності. Понад століття фізики працюють над узгодженою теорією квантової гравітації, і поточні дослідження зосереджені на пошуку експериментальних підказок квантових явищ у гравітаційній сфері.

Одним із найбільш перспективних експериментальних шляхів є перевірка гіпотези, вперше висунутої Річардом Фейнманом у 1957 році, яка полягає у дослідженні здатності гравітації індукувати квантову заплутаність між двома об'єктами з малою масою. Виявлення такої заплутаності стало б свідченням квантової природи гравітації. Дослідницькі колективи, зокрема у Відні, планують охолоджувати надзвичайно малі частинки, розміром близько 150 нанометрів, за допомогою лазерів до стану квантових хвиль, що дозволить їм поводитися як хвильові пакети. Інший напрямок, що ґрунтується на принципах експерименту Кавендіша, спрямований на вимірювання гравітаційної взаємодії між дуже малими тілами, де деякі команди націлені на об'єкти масою лише кілька мікрограмів. Наприклад, вчені змогли виміряти гравітаційне тяжіння частинки масою 0,43 мг, яке становило 30 аттоньютонів, охолодивши пастку з частинкою до температури, близької до абсолютного нуля, мінус 268,67 градуса Цельсія.

Проведення таких експериментів є надзвичайно складним завданням, що вимагає роботи у майже ідеальному вакуумі, повністю ізольованому від зовнішніх збурень. Крім того, нещодавні теоретичні розробки, зокрема робота Річарда Хаула та Джозефа Азіза з Королівського коледжу Голловей (Університет Лондона), опублікована у виданні Nature, ускладнюють інтерпретацію результатів. Вони демонструють, що навіть чисто класична гравітація за певних умов може викликати певні ефекти заплутаності через квантову природу самої матерії, а отже, спостереження заплутаності не обов'язково доведе існування квантових гравітонів.

Паралельно з експериментальними пошуками, теоретична фізика продовжує розвиток. Робота таких структур, як новостворена Еммі Нетер Молодша Дослідницька Група в Університеті Гамбурга, спрямована на вирішення фундаментальних проблем, пов'язаних із симетрією та законами збереження, що є ключовими для теоретичної фізики. Уніфікація Загальної теорії відносності з квантовою механікою залишається центральною метою для досягнення всеосяжного розуміння фундаментальних сил Всесвіту, що залишається предметом інтенсивних глобальних досліджень у 2026 році. Наприклад, експеримент GQuEST пропонує нову стратегію, яка може виявити флуктуації простору-часу, що на мікроскопічному рівні можуть мати «піксельну» структуру, яку потенційно можна виміряти.

Ці зусилля, незважаючи на концептуальні та технічні труднощі, підкреслюють перехід від суто теоретичних роздумів до перевірених гіпотез у цій критичній галузі фізики. Існують і більш радикальні підходи, як-от ідея виявлення окремих гравітонів через «гравітофононний ефект» за допомогою надчутливих квантових сенсорів, охолоджених до температури, близької до абсолютного нуля, хоча необхідні сенсори ще не створені.