Ученые снова спорят о том, существует ли квантовая гравитация

Речь идет о знаменитом мысленном эксперименте Ричарда Фейнмана 1957 года: он предлагал поместить объект — например, яблоко — в состояние квантовой суперпозиции, а затем проверить, как его гравитация влияет на другое тело. Если взаимодействие ведет к запутанности, значит, и сама гравитация должна быть квантовой. 

Разница следующая: классическая гравитация, как в общей теории относительности, описывает искривление пространства-времени и работает непрерывно. А в квантовой физике все взаимодействия происходят через кванты — например, электромагнетизм передается фотонами. Для гравитации такой квант называется гравитоном, но его пока никому не удалось обнаружить. Если гравитация действительно квантовая, она тоже должна передаваться порциями и участвовать в запутанности. Если нет — остается классической, даже при взаимодействии с квантовыми объектами.

Квантовая запутанность — это явление, при котором две частицы оказываются настолько связаны, что изменение состояния одной мгновенно отражается на другой, даже если между ними огромное расстояние. Представьте, что у вас была пара новых носков, но один из них остался у вас, а второй улетел на ракете на Марс. Между ними теперь 55 миллионов километров холодного космического вакуума, и даже свет их преодолевает не сразу. Но стоит сам надеть один носок на правую ногу, второй, который на Марсе, моментально, в тот же квант времени, станет левым. 

Авторы работы — Джозеф Азиз и Ричард Хаул — утверждают, что запутанность может возникать и без гравитонов. Достаточно того, что сама материя ведет себя по законам квантовой механики. Гравитационное поле при этом остается классическим, но все равно может взаимодействовать с квантовыми частицами — через короткоживущие виртуальные процессы.

Виртуальные процессы — это краткие и нестабильные взаимодействия, которые не фиксируются напрямую, но влияют на поведение частиц. Например, две частицы могут обменяться «виртуальным» атомом на долю секунды — он как бы появляется и исчезает сразу, но этого хватает, чтобы между частицами возникла связь. Азиз и Хаул считают, что даже если само гравитационное поле остается классическим, такие процессы могут все равно вызывать квантовую запутанность.

Это ставит под сомнение один из главных аргументов в пользу квантовой гравитации. Возможно, гравитация может участвовать в квантовых явлениях, оставаясь при этом классической. А значит, само существование квантовой гравитации пока не доказано — и возможно, доказывать его вообще не надо.

Авторы не исключают существование гравитонов — но призывают сначала лучше понять, что способна делать обычная гравитация в квантовом мире.

Мы уже писали о другой попытке объединить квантовую физику с гравитацией — через информационный подход к темной материи и энергии.

Иллюстрация Getty Images