Un nou cadru teoretic, dezvoltat de fizicieni de la Kyushu University, University of Waterloo și Stockholm University, arată că unele experimente considerate dovezi ale comportamentului cuantic al gravitației pot fi explicate la fel de bine fără să presupună așa ceva. Rezultatul nu infirmă gravitația cuantică, dar arată că unele „semnale” invocate în favoarea ei sunt ambigue.

Mecanica cuantică și teoria gravitației a lui Einstein explică aproape tot ce observăm în univers, de la atomi la galaxii, dar cele două rămân, de peste un secol, incompatibile din punct de vedere matematic. Fizicienii speră de decenii să găsească o teorie a „gravitației cuantice” care să le unească. O presupunere centrală în acest efort e că gravitația însăși ar trebui, la un moment dat, să urmeze regulile stranii ale mecanicii cuantice, precum posibilitatea ca un obiect să existe simultan în mai multe locuri, un efect deja demonstrat experimental pentru atomi și bucăți mici de metal. Întrebarea la care a răspuns echipa condusă de Joshua Foo, de la Institute for Advanced Study al Kyushu University, publicând rezultatele în npj Quantum Information, a fost: cum ar arăta, de fapt, un asemenea efect într-un experiment real?

Două hărți diferite ale aceluiași teritoriu

Cercetătorii au dezvoltat un cadru teoretic care arată că multe situații descrise drept „suprapunere cuantică a gravitației” pot fi interpretate la fel de valid și altfel: ca particule cuantice care se mișcă printr-o gravitație complet obișnuită, clasică. „Mulți cercetători au propus experimente care ar putea, potențial, dezvălui natura cuantică a gravitației”, a explicat Foo. „Ce am descoperit este că unele dintre aceste scenarii pot fi privite din două perspective la fel de valide. Una descrie gravitația ca fiind într-o suprapunere cuantică, cealaltă descrie particule cuantice care se mișcă într-un câmp gravitațional obișnuit.” Echipa a numit ideea „Relativitatea suprapunerilor de spațiu-timp”, comparând-o cu două hărți care redau aceeași regiune prin proiecții diferite: arată diferit, dar descriu același teritoriu.

Concluzia nu spune că gravitația e, cu certitudine, clasică, și nu exclude nici posibilitatea gravitației cuantice. Arată, în schimb, o ambiguitate importantă în felul în care sunt interpretate experimentele menite să testeze proprietățile cuantice ale gravitației. „Munca noastră nu arată că astfel de experimente exclud gravitația cuantică”, a precizat Magdalena Zych, de la Stockholm University, coautoare a studiului. „Ne ajută mai degrabă să identificăm ce semnături experimentale ar necesita, într-adevăr, o descriere cuantică a gravitației și care ar putea proveni din fizică mai familiară. Această distincție e esențială pentru proiectarea experimentelor viitoare.”

O hartă pentru experimentele care urmează

Deși cercetarea abordează întrebări extrem de fundamentale, istoria arată că studiul legilor de bază ale naturii a produs adesea beneficii practice neașteptate, de la GPS la laser și electronica modernă, toate rezultate din avansuri ale fizicii teoretice cuantice și ale teoriei gravitației a lui Einstein. Impactul imediat al noului cadru teoretic e altul: le oferă fizicienilor o hartă mai clară pentru viitoarele experimente, arătând ce observații ar distinge cu adevărat o descriere clasică a gravitației de una cuantică.

„Înțelegerea felului în care se potrivesc gravitația și mecanica cuantică e una dintre cele mai mari provocări ale fizicii”, a rezumat Foo. „Înainte să putem testa natura cuantică a gravitației, trebuie mai întâi să știm ce dovadă ar demonstra că am găsit-o. Munca noastră ajută la clarificarea acestei întrebări.”

---

Sursă: J. Foo, C. Suryaatmadja, R. B. Mann, M. Zych, „Relativity and decoherence of spacetime superpositions”, Kyushu University, University of Waterloo, Stockholm University, publicat în npj Quantum Information