Класична гравітація може індукувати квантову заплутаність, стверджують фізики

Двоє фізиків з Роял Голловей, Лондонського університету, опублікували дослідження, яке демонструє, що класичні гравітаційні поля здатні індукувати квантову заплутаність між матерією, не вимагаючи при цьому залучення квантової гравітації. Ця робота, оприлюднена в журналі Nature 22 жовтня 2025 року, переглядає фундаментальний зв'язок між гравітацією та квантовою механікою, кидаючи виклик усталеним теоретичним припущенням.

Дослідження очолювали доктор Річард Хаул, старший науковий співробітник кафедри фізики, який працює в Роял Голловей із 2023 року, та аспірант Джозеф Азіз, який працює в Центрі фізики елементарних частинок та астрономії. Їхня робота була натхненна мисленнєвим експериментом Річарда Фейнмана 1957 року, який припускав, що гравітаційне поле об'єкта у квантовій суперпозиції, взаємодіючи з іншим об'єктом, доведе квантову природу гравітації. Фейнман вважав, що здатність гравітації створювати заплутаність між масивними об'єктами означає, що вона сама має бути квантовою.

Однак, як встановили Азіз та Хаул, квантова заплутаність може виникати навіть за відсутності квантової гравітації. Доктор Хаул зазначив, що загальноприйнятою була думка про необхідність квантової гравітації для індукції заплутаності гравітаційною взаємодією. Дослідники стверджують, що взаємодії між класичними гравітаційними полями та квантовими полями матерії можуть генерувати так звану «квазі-заплутаність» — слабку форму заплутаності, яка не потребує квантової гравітації.

У класичній фізиці гравітація описується як викривлення простору-часу, тоді як квантова фізика постулює, що сили опосередковані дискретними квантами. Дослідники розширили опис матерії до повної структури квантової теорії поля, показавши, що класична гравітація може передавати квантову інформацію та генерувати заплутаність через фізичні, локальні процеси, пов'язані з віртуальними процесами матерії. Це відкриття не спростовує концепцію квантової гравітації, а радше розширює розуміння механізмів гравітаційної дії.

Доктор Хаул підкреслив, що якщо спостережуваний ефект заплутаності є сильним, це, ймовірно, вказує на квантову гравітацію, проте слабка кореляція може бути пояснена впливом класичної гравітації. Ефект, виявлений дослідниками, масштабується інакше, ніж передбачають теорії квантової гравітації. Це надає інформацію про параметри та форму експерименту, необхідного для надійного підтвердження квантової природи гравітації, потенційно роблячи експерименти, подібні до задуманих Фейнманом, більш здійсненними.

Реалізація практичних експериментів для перевірки цієї теорії залишається складною через необхідність підтримання систем у когерентному стані проти декогеренції. Проте, доктор Хаул висловлює оптимізм щодо того, що експерименти, які можуть бути незабаром здійсненні, нададуть відповіді щодо квантової сутності гравітації. Подібні дискусії про експериментальне тестування квантової гравітації, що включають заплутані маси, ведуться вже кілька років, зокрема дослідниками з Оксфордського університету та Університетського коледжу Лондона.