Поиск квантовой гравитации — это попытка примирить общую теорию относительности с квантовой механикой, описывающей все фундаментальные взаимодействия, за исключением гравитации. Обе теории необходимы для объяснения того, что происходит внутри черных дыр и происходило до Большого взрыва. И обе теории пока не получается объединить в одну. Команда физиков Имперского колледжа Лондона предложила эксперимент по проверке истинной природы квантовой гравитации.
Если гравитация является силой квантовой механики, предположил Сугато Бозе и его коллеги, то соседние свободнопадающие тела, каждое из которых находится в суперпозиции в двух местах одновременно, могут стать спутанными под воздействием гравитации, так что измерение свойств одного тела сможет мгновенно воздействовать и на другое. Для проверки этой гипотезы физики предложили эксперимент.
Для его проведения требуется нейтрально заряженная масса весом 10 в −14 степени кг. Внутри массы есть вещество со свойством спина, который может быть ориентирован вверх или вниз. Эта масса падает сквозь постоянно меняющееся магнитное поле, которое меняет ее путь в зависимости от спина. Как будто она движется по дороге, добирается до развилки и выбирает один вариант, если спин расположен вверх, и другой — если вниз.
Когда масса падает, она пребывает в суперпозиции, находясь одновременно на двух путях. Затем серии микроволновых импульсов воздействуют на спин в разные этапы падения и на пути, которые оно выбирает. В конце пути снова сходятся, и масса возвращается в исходное состояние.
Во время эксперимента две такие массы будут сброшены через магнитное поле, и у каждой из них есть два возможных пути. Всего получается 4 варианта, один из которых представляет состояние, в котором массы подошли друг к другу ближе всего. Это расстояние должно быть не менее 200 микрометров, чтобы избежать других воздействий. Как только массы возвращаются в изначальное состояние, ученые проверят, оказались ли их спины спутанными, и это даст ответ на вопрос, действительно ли гравитация является квантовым взаимодействием. Разумеется, это произойдет только в том случае, если не будет других вариантов объяснения их запутанности, например, электромагнитных взаимодействий или эффекта Казимира.
Бозе подчеркивает, что нулевой результат — при котором не наблюдается никакой запутанности — не будет доказывать, что гравитация является классической силой, пока эксперимент не исключит все остальные варианты взаимодействия с окружающей средой, которые могли бы нарушить запутанность — столкновение с фотонами или молекулами, например.
Самой сложной задачей при проведении такого эксперимента станет приведение таких относительно массивных тел в суперпозицию. До сих пор самые крупные тела, которые наблюдались в двух местах одновременно, были на несколько порядков меньше, чем необходимо для этого опыта.
