Οι φυσικοί βρίσκουν έναν τρόπο να δουν το «χαμόγελο» της κβαντικής βαρύτητας
Το 1935, όταν τόσο η κβαντική μηχανική όσο και η γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν νέοι, ένας ελάχιστα γνωστός Σοβιετικός φυσικός ονόματι Matvei Bronstein, μόλις 28 ετών, έκανε την πρώτη λεπτομερή μελέτη του προβλήματος της συμφιλίωσης των δύο σε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Αυτή η «πιθανή θεωρία του κόσμου στο σύνολό του», όπως την ονόμασε ο Μπρονστάιν, θα αντικαταστήσει την κλασική περιγραφή της βαρύτητας του Αϊνστάιν, η οποία τη δίνει ως καμπύλες στο χωροχρονικό συνεχές, και θα την ξαναέγραφε στην ίδια κβαντική γλώσσα με την υπόλοιπη φυσική .
Ο Bronstein ανακάλυψε πώς να περιγράψει τη βαρύτητα με όρους κβαντισμένων σωματιδίων, που τώρα ονομάζονται γκραβιτόνια, αλλά μόνο όταν η δύναμη της βαρύτητας είναι ασθενής — δηλαδή (στη γενική σχετικότητα), όταν το χωροχρονικό ύφασμα είναι τόσο ασθενώς καμπυλωμένο που μπορεί να προσεγγιστεί ως επίπεδη. Όταν η βαρύτητα είναι ισχυρή, «η κατάσταση είναι αρκετά διαφορετική», έγραψε. "Χωρίς μια βαθιά αναθεώρηση των κλασικών εννοιών, φαίνεται δύσκολο να επεκταθεί η κβαντική θεωρία της βαρύτητας και σε αυτόν τον τομέα."
Τα λόγια του ήταν προφητικά. Ογδόντα τρία χρόνια αργότερα, οι φυσικοί εξακολουθούν να προσπαθούν να καταλάβουν πώς η καμπυλότητα του χωροχρόνου αναδύεται σε μακροσκοπικές κλίμακες από μια πιο θεμελιώδη, πιθανώς κβαντική εικόνα της βαρύτητας. είναι αναμφισβήτητα το βαθύτερο ερώτημα στη φυσική. Ίσως, δεδομένης της ευκαιρίας, το έξυπνο Bronstein να είχε βοηθήσει να επιταχυνθούν τα πράγματα. Εκτός από την κβαντική βαρύτητα, συνεισέφερε στην αστροφυσική και την κοσμολογία, τη θεωρία των ημιαγωγών και την κβαντική ηλεκτροδυναμική, ενώ έγραψε επίσης πολλά επιστημονικά βιβλία για παιδιά, προτού παγιδευτεί στη Μεγάλη Εκκαθάριση του Στάλιν και εκτελεστεί το 1938, σε ηλικία 31 ετών.
Η αναζήτηση για την πλήρη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας έχει παρεμποδιστεί από το γεγονός ότι οι κβαντικές ιδιότητες της βαρύτητας δεν φαίνεται να εκδηλώνονται ποτέ στην πραγματική εμπειρία. Οι φυσικοί δεν καταλαβαίνουν ποτέ πώς η περιγραφή του Αϊνστάιν για το ομαλό χωροχρονικό συνεχές ή η κβαντική προσέγγιση του Bronstein όταν είναι ασθενώς καμπυλωμένη, πηγαίνει στραβά.
Το πρόβλημα είναι η ακραία αδυναμία της βαρύτητας. Ενώ τα κβαντισμένα σωματίδια που μεταφέρουν τις ισχυρές, αδύναμες και ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις είναι τόσο ισχυρές που δεσμεύουν σφιχτά την ύλη σε άτομα και μπορούν να μελετηθούν σε επιτραπέζια πειράματα, τα γκραβιτόνια είναι μεμονωμένα τόσο αδύναμα που τα εργαστήρια δεν έχουν καμία ελπίδα να τα ανιχνεύσουν. Για να ανιχνεύσει ένα γκραβιτόνιο με μεγάλη πιθανότητα, ένας ανιχνευτής σωματιδίων θα έπρεπε να είναι τόσο τεράστιος και ογκώδης που θα κατέρρεε σε μια μαύρη τρύπα. Αυτή η αδυναμία είναι ο λόγος για τον οποίο χρειάζεται μια αστρονομική συσσώρευση μάζας για να επηρεαστούν βαρυτικά άλλα σώματα μεγάλης μάζας και γιατί βλέπουμε μόνο τη βαρύτητα να γράφεται μεγάλη.
Όχι μόνο αυτό, αλλά το σύμπαν φαίνεται να διέπεται από ένα είδος κοσμικής λογοκρισίας:Περιοχές ακραίας βαρύτητας - όπου ο χωροχρόνος καμπυλώνεται τόσο έντονα που οι εξισώσεις του Αϊνστάιν δυσλειτουργούν και η αληθινή, κβαντική φύση της βαρύτητας και του χωροχρόνου πρέπει να αποκαλυφθεί - κρύβεστε πάντα πίσω από τους ορίζοντες των μαύρων τρυπών.
"Ακόμη και πριν από μερικά χρόνια ήταν μια γενική συναίνεση ότι, πιθανότατα, δεν είναι καν ευνόητο να μετρηθεί η κβαντοποίηση του βαρυτικού πεδίου με οποιονδήποτε τρόπο", δήλωσε ο Igor Pikovski, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.
Τώρα, ένα ζευγάρι εργασιών δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Physical Review Letters άλλαξε τον λογισμό. Οι εφημερίδες υποστηρίζουν ότι τελικά είναι δυνατή η πρόσβαση στην κβαντική βαρύτητα - ενώ δεν μαθαίνουμε τίποτα γι 'αυτό. Οι εργασίες, που γράφτηκαν από τον Sougato Bose στο University College του Λονδίνου και εννέα συνεργάτες και από τους Chiara Marletto και Vlatko Vedral στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, προτείνουν ένα τεχνικά απαιτητικό, αλλά εφικτό, επιτραπέζιο πείραμα που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει ότι η βαρύτητα είναι μια κβαντική δύναμη όπως όλα τα υπόλοιπα. , χωρίς ποτέ να ανιχνεύσει γκραβιτόνιο. Ο Miles Blencowe, ένας κβαντικός φυσικός στο Dartmouth College που δεν συμμετείχε στην εργασία, είπε ότι το πείραμα θα ανίχνευε ένα σίγουρο σημάδι της κατά τα άλλα αόρατης κβαντικής βαρύτητας - το «χαμόγελο της γάτας Cheshire».
Το προτεινόμενο πείραμα θα καθορίσει εάν δύο αντικείμενα - η ομάδα του Bose σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει ένα ζευγάρι μικροδιαμάντια - μπορούν να εμπλακούν κβαντομηχανικά μεταξύ τους μέσω της αμοιβαίας βαρυτικής έλξης τους. Η εμπλοκή είναι ένα κβαντικό φαινόμενο στο οποίο τα σωματίδια συμπλέκονται άρρηκτα, μοιράζοντας μια ενιαία φυσική περιγραφή που καθορίζει τις πιθανές συνδυασμένες καταστάσεις τους. (Η συνύπαρξη διαφορετικών πιθανών καταστάσεων, που ονομάζεται "υπέρθεση", είναι το χαρακτηριστικό των κβαντικών συστημάτων.) Για παράδειγμα, ένα μπερδεμένο ζεύγος σωματιδίων μπορεί να υπάρχει σε μια υπέρθεση στην οποία υπάρχει πιθανότητα 50 τοις εκατό ότι η "σπιν" του σωματιδίου Α δείχνει προς τα πάνω και το Β δείχνει προς τα κάτω και 50 τοις εκατό πιθανότητα για το αντίστροφο. Δεν μπορείτε να πείτε εκ των προτέρων ποιο αποτέλεσμα θα έχετε όταν μετράτε τις κατευθύνσεις περιστροφής των σωματιδίων, αλλά μπορείτε να είστε βέβαιοι ότι θα δείχνουν αντίθετους τρόπους.
Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι τα δύο αντικείμενα στο προτεινόμενο πείραμά τους μπορούν να μπερδευτούν μεταξύ τους με αυτόν τον τρόπο μόνο εάν η δύναμη που ενεργεί μεταξύ τους - σε αυτήν την περίπτωση, η βαρύτητα - είναι μια κβαντική αλληλεπίδραση, που διαμεσολαβείται από βαριτόνια που μπορούν να διατηρήσουν κβαντικές υπερθέσεις. "Εάν μπορείτε να κάνετε το πείραμα και έχετε εμπλοκή, τότε σύμφωνα με αυτά τα έγγραφα, πρέπει να καταλήξετε στο συμπέρασμα ότι η βαρύτητα είναι κβαντισμένη", εξήγησε ο Blencowe.
Για να μπλέξετε ένα διαμάντι
Η κβαντική βαρύτητα είναι τόσο ανεπαίσθητη που ορισμένοι ερευνητές αμφισβήτησαν αν υπάρχει καν. Ο αξιοσέβαστος μαθηματικός φυσικός Freeman Dyson, 94, έχει υποστηρίξει από το 2001 ότι το σύμπαν μπορεί να διατηρήσει ένα είδος «δυιστικής» περιγραφής, όπου «το βαρυτικό πεδίο που περιγράφεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι ένα καθαρά κλασικό πεδίο χωρίς καμία κβαντική συμπεριφορά». έγραψε εκείνη τη χρονιά στο The New York Review of Books , παρόλο που όλη η ύλη σε αυτό το ομαλό χωροχρονικό συνεχές κβαντίζεται σε σωματίδια που υπακούουν σε πιθανολογικούς κανόνες.
Ο Dyson, ο οποίος βοήθησε στην ανάπτυξη της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής (τη θεωρία των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ύλης και φωτός) και είναι ομότιμος καθηγητής στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ, όπου επικαλύπτεται με τον Αϊνστάιν, διαφωνεί με το επιχείρημα ότι η κβαντική βαρύτητα χρειάζεται για να περιγραφεί το απρόσιτο εσωτερικό των μαύρων τρυπών. Και αναρωτιέται αν η ανίχνευση του υποθετικού βαρυτονίου μπορεί να είναι αδύνατη, ακόμη και κατ' αρχήν. Σε αυτή την περίπτωση, υποστηρίζει, η κβαντική βαρύτητα είναι μεταφυσική και όχι φυσική.
Δεν είναι ο μόνος σκεπτικιστής. Ο διάσημος Βρετανός φυσικός Sir Roger Penrose και, ανεξάρτητα, ο Ούγγρος ερευνητής Lajos Diósi υπέθεσαν ότι ο χωροχρόνος δεν μπορεί να διατηρήσει υπερθέσεις. Υποστηρίζουν ότι η ομαλή, συμπαγής, θεμελιωδώς κλασική φύση του το εμποδίζει να καμπυλωθεί με δύο διαφορετικούς πιθανούς τρόπους ταυτόχρονα - και ότι η ακαμψία του είναι ακριβώς αυτό που προκαλεί την κατάρρευση υπερθέσεων κβαντικών συστημάτων όπως τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια. Αυτή η «βαρυτική αποσυνοχή», κατά την άποψή τους, δημιουργεί την ενιαία, σταθερή, κλασική πραγματικότητα που βιώνεται σε μακροσκοπική κλίμακα.
Η ικανότητα ανίχνευσης του «χαμόγελου» της κβαντικής βαρύτητας φαίνεται να αντικρούει το επιχείρημα του Dyson. Θα σκότωνε επίσης τη θεωρία της βαρυτικής αποσυνοχής, δείχνοντας ότι η βαρύτητα και ο χωροχρόνος διατηρούν όντως κβαντικές υπερθέσεις.
Οι προτάσεις του Bose και του Marletto εμφανίστηκαν ταυτόχρονα ως επί το πλείστον τυχαία, αν και οι ειδικοί είπαν ότι αντικατοπτρίζουν το κέφι. Πειραματικά εργαστήρια κβαντικής φυσικής σε όλο τον κόσμο τοποθετούν όλο και μεγαλύτερα μικροσκοπικά αντικείμενα σε κβαντικές υπερθέσεις και εξορθολογίζουν πρωτόκολλα για να ελέγξουν εάν δύο κβαντικά συστήματα είναι μπερδεμένα. Το προτεινόμενο πείραμα θα πρέπει να συνδυάσει αυτές τις διαδικασίες, ενώ θα απαιτήσει περαιτέρω βελτιώσεις στην κλίμακα και την ευαισθησία. θα μπορούσε να πάρει μια δεκαετία ή περισσότερο για να το πετύχει. «Αλλά δεν υπάρχουν φυσικά οδοφράγματα», είπε ο Pikovski, ο οποίος μελετά επίσης πώς τα εργαστηριακά πειράματα θα μπορούσαν να διερευνήσουν βαρυτικά φαινόμενα. "Νομίζω ότι είναι πρόκληση, αλλά δεν νομίζω ότι είναι αδύνατο."
Το σχέδιο παρουσιάζεται με περισσότερες λεπτομέρειες στην εργασία του Bose και των συν-συγγραφέων — an Ocean’s Eleven εμπειρογνωμόνων για διάφορα στάδια της πρότασης. Στο εργαστήριό του στο Πανεπιστήμιο του Warwick, για παράδειγμα, ο συν-συγγραφέας Gavin Morley εργάζεται στο πρώτο βήμα, επιχειρώντας να βάλει ένα μικροδιαμάντι σε μια κβαντική υπέρθεση δύο θέσεων. Για να το κάνει αυτό, θα ενσωματώσει ένα άτομο αζώτου στο μικροδιαμάντι, δίπλα σε μια κενή θέση στη δομή του διαμαντιού, και θα το χτυπήσει με έναν παλμό μικροκυμάτων. Ένα ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από το σύστημα κενού αζώτου απορροφά το φως και όχι, και το σύστημα εισέρχεται σε μια κβαντική υπέρθεση δύο κατευθύνσεων σπιν —πάνω και κάτω— όπως μια περιστρεφόμενη κορυφή που έχει κάποια πιθανότητα να περιστρέφεται δεξιόστροφα και κάποια πιθανότητα να περιστρέφεται αριστερόστροφα . Το μικροδιαμάντι, φορτωμένο με αυτό το υπερτιθέμενο γύρισμα, υπόκειται σε ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο κάνει τα up-spins να κινούνται προς τα αριστερά ενώ τα down-spins πηγαίνουν δεξιά. Επομένως, το ίδιο το διαμάντι χωρίζεται σε μια υπέρθεση δύο τροχιών.
Στο πλήρες πείραμα, οι ερευνητές πρέπει να τα κάνουν όλα αυτά σε δύο διαμάντια - ένα μπλε και ένα κόκκινο, ας πούμε - κρεμασμένα το ένα δίπλα στο άλλο μέσα σε ένα εξαιρετικά ψυχρό κενό. Όταν η παγίδα που τα συγκρατεί είναι απενεργοποιημένη, τα δύο μικροδιαμάντια, το καθένα σε μια υπέρθεση δύο θέσεων, πέφτουν κατακόρυφα μέσα από το κενό. Καθώς πέφτουν, τα διαμάντια αισθάνονται το ένα τη βαρύτητα του άλλου. Αλλά πόσο ισχυρή είναι η βαρυτική τους έλξη;
Εάν η βαρύτητα είναι μια κβαντική αλληλεπίδραση, τότε η απάντηση είναι:Εξαρτάται. Κάθε συστατικό της υπέρθεσης του μπλε διαμαντιού θα βιώσει μια ισχυρότερη ή ασθενέστερη βαρυτική έλξη προς το κόκκινο διαμάντι, ανάλογα με το αν το τελευταίο βρίσκεται στον κλάδο της υπέρθεσης του που είναι πιο κοντά ή πιο μακριά. Και η βαρύτητα που αισθάνεται κάθε συστατικό της υπέρθεσης του κόκκινου διαμαντιού εξαρτάται ομοίως από το πού βρίσκεται το μπλε διαμάντι.
Σε κάθε περίπτωση, οι διαφορετικοί βαθμοί βαρυτικής έλξης επηρεάζουν τα εξελισσόμενα συστατικά των υπερθέσεων των διαμαντιών. Τα δύο διαμάντια γίνονται αλληλεξαρτώμενα, πράγμα που σημαίνει ότι οι καταστάσεις τους μπορούν να προσδιοριστούν μόνο σε συνδυασμό — αν αυτό, τότε αυτό — έτσι ώστε, στο τέλος, οι κατευθύνσεις περιστροφής των δύο συστημάτων κενών αζώτου τους να συσχετίζονται.
Αφού τα μικροδιαμάντια πέσουν το ένα δίπλα στο άλλο για περίπου τρία δευτερόλεπτα - αρκετός χρόνος για να μπλέξουν το ένα από τη βαρύτητα του άλλου - στη συνέχεια περνούν από ένα άλλο μαγνητικό πεδίο που φέρνει τους κλάδους κάθε υπέρθεσης ξανά μαζί. Το τελευταίο βήμα του πειράματος είναι ένα πρωτόκολλο «μάρτυρας εμπλοκής» που αναπτύχθηκε από την Ολλανδή φυσικό Barbara Terhal και άλλους:Τα μπλε και τα κόκκινα διαμάντια εισέρχονται σε ξεχωριστές συσκευές που μετρούν τις κατευθύνσεις περιστροφής των συστημάτων τους κενού αζώτου. (Η μέτρηση προκαλεί την κατάρρευση των υπερθέσεων σε καθορισμένες καταστάσεις.) Στη συνέχεια συγκρίνονται τα δύο αποτελέσματα. Εκτελώντας ολόκληρο το πείραμα ξανά και ξανά και συγκρίνοντας πολλά ζεύγη μετρήσεων σπιν, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν εάν οι περιστροφές των δύο κβαντικών συστημάτων συσχετίζονται μεταξύ τους συχνότερα από ένα γνωστό άνω όριο για αντικείμενα που δεν είναι κβαντομηχανικά μπερδεμένα. . Σε αυτήν την περίπτωση, θα συνεπαγόταν ότι η βαρύτητα μπλέκει τα διαμάντια και μπορεί να διατηρήσει τις υπερθέσεις.
«Αυτό που είναι όμορφο με τα επιχειρήματα είναι ότι δεν χρειάζεται πραγματικά να ξέρετε τι είναι η κβαντική θεωρία, συγκεκριμένα», είπε ο Blencowe. "Το μόνο που έχετε να πείτε είναι ότι πρέπει να υπάρχει κάποια κβαντική πτυχή σε αυτό το πεδίο που μεσολαβεί στη δύναμη μεταξύ των δύο σωματιδίων."
Οι τεχνικές προκλήσεις είναι πολλές. Το μεγαλύτερο αντικείμενο που έχει τεθεί σε μια υπέρθεση δύο θέσεων πριν είναι ένα μόριο 800 ατόμων. Κάθε μικροδιαμάντι περιέχει περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια άτομα άνθρακα - αρκετά για να συγκεντρώσει μια επαρκή βαρυτική δύναμη. Η αποκάλυψη του κβαντομηχανικού χαρακτήρα του θα απαιτήσει χαμηλότερες θερμοκρασίες, υψηλότερο κενό και λεπτότερο έλεγχο. «Τόσο μεγάλο μέρος της δουλειάς είναι να τεθεί σε λειτουργία αυτή η αρχική υπέρθεση», είπε ο Peter Barker, μέλος της πειραματικής ομάδας που εδρεύει στο UCL που βελτιώνει μεθόδους για την ψύξη με λέιζερ και την παγίδευση των μικροδιαμαντιών. Εάν μπορεί να γίνει με ένα διαμάντι, πρόσθεσε ο Bose, "τότε δύο δεν κάνουν μεγάλη διαφορά."
Γιατί η βαρύτητα είναι μοναδική
Οι ερευνητές της κβαντικής βαρύτητας δεν αμφιβάλλουν ότι η βαρύτητα είναι μια κβαντική αλληλεπίδραση, ικανή να προκαλέσει εμπλοκή. Σίγουρα, η βαρύτητα είναι ιδιαίτερη κατά κάποιο τρόπο, και υπάρχουν πολλά να καταλάβουμε για την προέλευση του χώρου και του χρόνου, αλλά η κβαντική μηχανική πρέπει να εμπλέκεται, λένε. «Δεν έχει πολύ νόημα να προσπαθήσουμε να έχουμε μια θεωρία στην οποία η υπόλοιπη φυσική είναι κβαντική και η βαρύτητα κλασική», δήλωσε ο Daniel Harlow, ερευνητής κβαντικής βαρύτητας στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. Τα θεωρητικά επιχειρήματα κατά των μικτών κβαντικών-κλασικών μοντέλων είναι ισχυρά (αν και όχι οριστικά).
Από την άλλη πλευρά, οι θεωρητικοί είχαν κάνει λάθος στο παρελθόν, ο Χάρλοου σημείωσε:«Εάν μπορείτε λοιπόν να ελέγξετε, γιατί όχι; Αν αυτό θα κλείσει το στόμα σε αυτούς τους ανθρώπους" - δηλαδή ανθρώπους που αμφισβητούν την κβαντικότητα της βαρύτητας - "αυτό είναι υπέροχο."
Ο Dyson έγραψε σε ένα email, αφού διάβασε το PRL έγγραφα, «Το προτεινόμενο πείραμα έχει σίγουρα μεγάλο ενδιαφέρον και αξίζει να εκτελεστεί με πραγματικά κβαντικά συστήματα». Ωστόσο, είπε ότι ο τρόπος σκέψης των συγγραφέων για τα κβαντικά πεδία διαφέρει από τον δικό του. «Δεν είναι σαφές για μένα αν [το πείραμα] θα έλυνε το ερώτημα εάν υπάρχει κβαντική βαρύτητα», έγραψε. "Η ερώτηση που έχω κάνει, εάν ένα μεμονωμένο γκραβιτόνιο είναι παρατηρήσιμο, είναι μια διαφορετική ερώτηση και μπορεί να αποδειχθεί ότι έχει διαφορετική απάντηση."
Στην πραγματικότητα, ο τρόπος με τον οποίο ο Bose, ο Marletto και οι συν-συγγραφείς τους σκέφτονται για την κβαντισμένη βαρύτητα προέρχεται από τον τρόπο με τον οποίο ο Bronstein τη συνέλαβε για πρώτη φορά το 1935. (Ο Ντάισον αποκάλεσε την εργασία του Μπρονστάιν «ένα όμορφο έργο» που δεν είχε ξαναδεί.) Ειδικότερα , ο Bronstein έδειξε ότι η ασθενής βαρύτητα που παράγεται από μια μικρή μάζα μπορεί να προσεγγιστεί με τον νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα. (Αυτή είναι η δύναμη που δρα μεταξύ των υπερθέσεων μικροδιαμαντιών.) Σύμφωνα με τον Blencowe, οι υπολογισμοί ασθενούς κβαντισμένης βαρύτητας δεν έχουν αναπτυχθεί πολύ, παρά το γεγονός ότι είναι αναμφισβήτητα πιο σχετικοί από τη φυσική τους από τη φυσική των μαύρων οπών ή τη Μεγάλη Έκρηξη. Ελπίζει ότι η νέα πειραματική πρόταση θα παρακινήσει τους θεωρητικούς να ανακαλύψουν εάν υπάρχουν ανεπαίσθητες διορθώσεις στη Νευτώνεια προσέγγιση που θα μπορούσαν να διερευνήσουν μελλοντικά επιτραπέζια πειράματα.
Ο Leonard Susskind, ένας εξέχων θεωρητικός της κβαντικής βαρύτητας και των χορδών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, είδε αξία στη διεξαγωγή του προτεινόμενου πειράματος επειδή «παρέχει μια παρατήρηση της βαρύτητας σε ένα νέο εύρος μαζών και αποστάσεων». Αλλά ο ίδιος και άλλοι ερευνητές τόνισαν ότι τα μικροδιαμάντια δεν μπορούν να αποκαλύψουν τίποτα για την πλήρη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας ή του χωροχρόνου. Αυτός και οι συνάδελφοί του θέλουν να καταλάβουν τι συμβαίνει στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας και τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης.
Ίσως μια ένδειξη για το γιατί είναι πολύ πιο δύσκολο να κβαντιστεί η βαρύτητα από οτιδήποτε άλλο είναι ότι άλλα πεδία δύναμης στη φύση παρουσιάζουν ένα χαρακτηριστικό που ονομάζεται «τοπικότητα»:Τα κβαντικά σωματίδια σε μια περιοχή του πεδίου (φωτόνια στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, για παράδειγμα ) είναι «ανεξάρτητες από τις φυσικές οντότητες σε κάποια άλλη περιοχή του διαστήματος», δήλωσε ο Mark Van Raamsdonk, θεωρητικός της κβαντικής βαρύτητας στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας. Αλλά "υπάρχει τουλάχιστον ένα σωρό θεωρητικές αποδείξεις ότι δεν λειτουργεί έτσι η βαρύτητα."
Στα καλύτερα μοντέλα παιχνιδιών κβαντικής βαρύτητας (τα οποία έχουν χωροχρονικές γεωμετρίες που είναι απλούστερες από αυτές του πραγματικού σύμπαντος), δεν είναι δυνατόν να υποθέσουμε ότι το λυγισμένο χωροχρονικό ύφασμα υποδιαιρείται σε ανεξάρτητα 3-D κομμάτια, Van Raamsdonk είπε. Αντίθετα, η σύγχρονη θεωρία προτείνει ότι τα υποκείμενα, θεμελιώδη συστατικά του χώρου «οργανώνονται περισσότερο με δισδιάστατο τρόπο». Το χωροχρονικό ύφασμα μπορεί να μοιάζει με ολόγραμμα ή ένα βιντεοπαιχνίδι:«Αν και η εικόνα είναι τρισδιάστατη, οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε κάποιο δισδιάστατο τσιπ υπολογιστή», είπε. Σε αυτή την περίπτωση, ο τρισδιάστατος κόσμος είναι απατηλός με την έννοια ότι διαφορετικά μέρη του δεν είναι τόσο ανεξάρτητα. Στην αναλογία του βιντεοπαιχνιδιού, μια χούφτα bits που είναι αποθηκευμένα στο τσιπ 2-D ενδέχεται να κωδικοποιούν παγκόσμια χαρακτηριστικά του σύμπαντος του παιχνιδιού.
Η διάκριση έχει σημασία όταν προσπαθείτε να κατασκευάσετε μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Η συνήθης προσέγγιση για την κβαντοποίηση κάτι είναι να αναγνωρίζουμε τα ανεξάρτητα μέρη του - σωματίδια, ας πούμε - και μετά να εφαρμόζουμε την κβαντική μηχανική σε αυτά. Αλλά αν δεν προσδιορίσετε τα σωστά συστατικά, λαμβάνετε λάθος εξισώσεις. Ο απευθείας κβαντισμός του τρισδιάστατου χώρου, όπως έκανε ο Bronstein, λειτουργεί σε κάποιο βαθμό για την ασθενή βαρύτητα, αλλά η μέθοδος αποτυγχάνει όταν ο χωροχρόνος είναι πολύ καμπύλος.
Κάποιοι ειδικοί είπαν ότι το να βλέπουμε το «χαμόγελο» της κβαντικής βαρύτητας θα βοηθούσε να παρακινήσουμε αυτές τις αφηρημένες συλλογιστικές γραμμές. Εξάλλου, ακόμη και τα πιο λογικά θεωρητικά επιχειρήματα για την ύπαρξη της κβαντικής βαρύτητας στερούνται τη βαρύτητα των πειραματικών γεγονότων. Όταν ο Van Raamsdonk εξηγεί την έρευνά του σε ένα συνέδριο ή συνομιλία, είπε, συνήθως πρέπει να ξεκινήσει λέγοντας ότι η βαρύτητα πρέπει να συμβιβαστεί με την κβαντομηχανική επειδή η κλασική περιγραφή του χωροχρόνου αποτυγχάνει για τις μαύρες τρύπες και τη Μεγάλη Έκρηξη και στη σκέψη πειράματα σχετικά με σωματίδια που συγκρούονται σε απρόσιτα υψηλές ενέργειες. «Αλλά αν μπορούσατε απλώς να κάνετε αυτό το απλό πείραμα και να πάρετε το αποτέλεσμα που σας δείχνει ότι το βαρυτικό πεδίο ήταν στην πραγματικότητα σε μια υπέρθεση», είπε, τότε ο λόγος που η κλασική περιγραφή υπολείπεται θα ήταν αυτονόητος:«Επειδή υπάρχει αυτό το πείραμα που υποδηλώνει ότι η βαρύτητα είναι κβαντική."
Διόρθωση 6 Μαρτίου 2018:Μια παλαιότερη έκδοση αυτού του άρθρου αναφερόταν στο Πανεπιστήμιο Dartmouth. Παρά το γεγονός ότι το Dartmouth έχει πολλά μεμονωμένα σχολεία, συμπεριλαμβανομένου ενός προπτυχιακού κολεγίου καθώς και ακαδημαϊκών και επαγγελματικών μεταπτυχιακών σχολών, το ίδρυμα αναφέρεται ως Κολλέγιο Dartmouth για ιστορικούς λόγους.
