Kuidas ühitada moodsa füüsika kahte vastandlikku samba: kvantteooriat ja gravitatsiooni? Pikka aega uskusid teadlased, et varem või hiljem tunnistab teadus seda või teist teooriat domineerivaks, kuid tegelikkus, nagu alati, osutus palju huvitavamaks. Uued uuringud näitavad, et raskusjõud võib tekkida juhuslikest kõikumistest kvanttasandil.
Kahe fundamentaalse teooria hulgas, mis selgitavad meie ümbritsevat reaalsust, apelleerib kvantteooria mateeria väikseimate osakeste vahelisele vastasmõjule, samal ajal kui üldrelatiivsus viitab gravitatsioonile ja kogu universumi suurimatele struktuuridele. Alates Einsteini päevist on füüsikud püüdnud ületada lõhet nende õpetuste vahel, kuid vahelduva eduga.
Üks viis gravitatsiooni ühitamiseks kvantmehaanikaga oli näidata, et gravitatsioon põhineb jagamatutel aineosakestel, kvantitel. Seda põhimõtet saab võrrelda sellega, kuidas valguse kvantid ise, footonid, tähistavad elektromagnetilist lainet. Siiani pole teadlastel selle oletuse toetuseks piisavalt andmeid olnud, kuid Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) Kvantoptika Instituudist. Max Planck Saksamaal Garchingis püüdis gravitatsiooni kirjeldada kvantmehaanika põhimõtetega. Aga kuidas ta seda tegi?
Kvantmaailm
Kvantteoorias kirjeldab osakese olekut selle lainefunktsioon. See võimaldab näiteks arvutada osakese leidmise tõenäosuse ruumis ühes või teises punktis. Enne ise mõõtmist on ebaselge mitte ainult osake, kus see asub, vaid ka see, kas see on olemas. Mõõtmise fakt loob sõna otseses mõttes reaalsuse, hävitades lainefunktsiooni. Kuid kvantmehaanika tegeleb mõõtmisega harva, mistõttu on see füüsika üks vastuolulisemaid valdkondi. Pidage meeles Schrödingeri paradoksi: te ei saa seda lahendada enne, kui olete mõõtnud, avades kasti ja uurides, kas kass on elus või mitte.
Üks lahendus neile paradoksidele on nn GRW-mudel, mis töötati välja 1980ndate lõpus. See teooria hõlmab sellist nähtust nagu "põlevad" - kvantsüsteemide lainefunktsiooni spontaanne kokkuvarisemine. Selle rakendamise tulemus on täpselt sama, kui mõõtmised oleks tehtud vaatlejateta. Tilloy muutis seda, et näidata, kuidas seda saab kasutada gravitatsiooniteooria saavutamiseks. Selle versioonis loob välk, mis hävitab lainefunktsiooni ja sunnib osakese seeläbi ühes kohas olema, gravitatsioonivälja ka sellel hetkel-aegruumis. Mida suurem on kvantisüsteem, seda rohkem osakesi see sisaldab ja sagedamini tekivad fliisid, luues seeläbi kõikuva gravitatsioonivälja.
Kõige huvitavam on see, et nende kõikumiste keskmine väärtus on väga gravitatsiooniline väli, mida Newtoni gravitatsiooniteooria kirjeldab. Seda lähenemist gravitatsiooni ühendamiseks kvantmehaanikaga nimetatakse kvaasiklassikaliseks: gravitatsioon tekib kvantprotsessides, kuid jääb siiski klassikaliseks jõuks. “Pole tõelist põhjust ignoreerida kvaasiklassikalist lähenemisviisi, kus gravitatsioon on põhitasandil ülioluline,” ütleb Tilloy.
Reklaamvideo:
Gravitatsiooni fenomen
Klaus Hornberger Saksamaa Duisburg-Esseni ülikoolist, kes teooria väljatöötamisest osa ei võtnud, suhtub sellesse suure kaastundega. Teadlane juhib siiski tähelepanu sellele, et enne, kui see kontseptsioon moodustab aluse ühtsele teooriale, mis ühendab ja selgitab meid ümbritseva maailma kõiki põhiaspekte, on vaja lahendada terve rida probleeme. Näiteks Tilloy mudelit saab kindlasti kasutada Newtoni gravitatsiooni saamiseks, kuid selle vastavust gravitatsiooniteooriale tuleb siiski kontrollida matemaatika abil.
Teadlane ise nõustub siiski, et tema teooria vajab tõendusmaterjali. Näiteks ennustab ta, et gravitatsioon käitub sõltuvalt vaatlusaluste objektide mõõtmest erinevalt: aatomite ja supermassiivsete mustade aukude reeglid võivad olla väga erinevad. Olgu kuidas on, kui testide käigus selgub, et Tillroy mudel peegeldab tõepoolest tegelikkust ja gravitatsioon on tõepoolest kvant kõikumiste tagajärg, siis võimaldab see füüsikutel mõista meie ümbritsevat reaalsust kvalitatiivselt erineval tasemel.
Vassili Makarov
