Kuidas ühitada moodsa füüsika kahte sammast: kvantteooria ja gravitatsioon? Üks või mõlemad peavad järele andma ja alla andma. Uus lähenemisviis ütleb, et gravitatsioon võib voolata juhuslikest kõikumistest kvanttasandil, muutes kvantmehaanika kahest teooriast põhjapanevamaks. Meie kaks peamist seletust tegelikkusele väidavad, et kvantteooria reguleerib mateeria väikseimate osakeste vastasmõjusid. Üldine relatiivsus on gravitatsiooni ja universumi suurimate struktuuride kohta. Pärast seda, kui Einstein lõi oma kuulsa teooria, on füüsikud püüdnud nende vahelist tühimikku ületada, kuid asjata.
Osa probleemist on teadmine, millised iga teooria ahelad on meie tegelikkuse mõistmisel põhitähtsad.
Üks lähenemisviis gravitatsiooni ja kvantmehaanika ühitamisele on olnud näidata, et gravitatsioon läheb selle kõige põhilisemal tasemel jagamatuteks tükkideks - kvantideks, just nagu elektromagnetilised jõud voolavad välja kvoonideks, mida nimetatakse footoniteks. Kuid see tee kvantgravitatsiooni teooria juurde osutus läbimatuks.
Ja nii üritas Antoine Tilloy Saksamaal Garchingi Max Plancki Kvantoptika Instituudist saada kvantmehaanika muutmisega raskust.
Kvantteoorias kirjeldab osakese olekut selle lainefunktsioon. Lainefunktsioon võimaldab arvutada näiteks osakese leidmise tõenäosuse konkreetses kohas mõõtmise ajal. Enne mõõtmist pole teada, kas osake on olemas ja kui, siis kus. Tundub, et reaalsus on loodud vaatlusakti abil, mis "hävitab" lainefunktsiooni.
Kuid kvantmehaanika ei määratle, mis on mõõtmine või vaatlus. Näiteks kas sel juhul on vaja teadlikku esindajat - inimest -? Mõõtmisprobleem viib paradoksideni nagu Schrödingeri kass, kus kass võib olla korraga kas elus ja surnud, kuni keegi kasti avab ja seda uurib.
Üks lahendus neile paradoksidele on nn GRW-mudel, mis töötati välja 1980ndate lõpus. See hõlmab "purskeid", mis on juhuslikud spontaansed kvant-süsteemide lainefunktsiooni kokkuvarisemised. Tulemus on täpselt sama kui siis, kui mõõtmised oleks tehtud, kuid ilma ilmse vaatlejata.
Tilloy muutis seda mudelit, et näidata, kuidas see võiks viia gravitatsiooniteooriani. Selles mudelis, kui helk hävitab lainefunktsiooni ja sunnib osakese olema ühes kohas, loob see ruumajas sellel hetkel gravitatsioonivälja. Massiivne kvant-süsteem, milles on palju osakesi, avaldab palju rakette ja koos sellega gravitatsioonivälja kõikumisi.
Reklaamvideo:
Selgub, et keskmiselt võiks nende kõikumiste korral oodata Newtoni gravitatsiooniteooriast tulevat gravitatsioonivälja (lähemalt vt arxiv.org/abs/1709.03809). Seda lähenemist gravitatsiooni ja kvantmehaanika kombineerimisele nimetatakse poolklassikaliseks: gravitatsioon tuleneb kvantprotsessidest, kuid jääb siiski klassikaliseks jõuks. "Pole põhjust seda poolklassikalist lähenemisviisi ignoreerida, kus gravitatsioon jääb põhilisel tasemel klassikaliseks," ütleb Tilloy.
"Põhimõtteliselt mulle see idee meeldib," ütleb Klaus Hornberger Saksamaa Duisburg-Esseni ülikoolist. Kuid ta märgib ka, et enne kui see lähenemisviis saab tõsiseks kandidaadiks kõigi füüsikaseaduste aluseks olevate põhijõudude ühendamisel suures ja väikeses plaanis, tuleb tegeleda muude probleemidega. Näiteks saab Tilloy mudelit kasutada Newtoni teooriaga kirjeldatud raskusjõu tuletamiseks, kuid matemaatikud peavad veel kindlaks tegema, kas see kirjeldab Einsteini üldise relatiivsusteooria üldises teoorias gravitatsiooni tõhusalt.
Sellegipoolest teeb tema mudel ennustusi, mida saab kontrollida. Näiteks ennustab ta, et gravitatsioon käitub erinevalt aatomi ja suures plaanis. Kui testid näitavad, et Tilloy mudel vastab tegelikkusele ja gravitatsioon tuleneb tõepoolest kvantkõikumiste kokkuvarisemisest, oleks see oluline märk, et teooria kõigest sisaldaks poolklassikalist gravitatsiooni.
Ilja Khel