Квантовая гравитация: первые шаги на пути к новой физике

Физики измерили самое маленькое гравитационное воздействие, когда-либо записанное, действуя на микроскопическую частицу, левитирующую в магнитной ловушке. Масса частицы составила всего 0,43 грамма, а сила гравитационного притяжения была на уровне аттоньютонов (10^-18 ньютонов), что приближает нас к границе квантового мира и открывает перспективу понимания взаимодействия классической физики и квантовой механики.

"На протяжении столетия ученые пытались понять, как гравитация и квантовая механика работают вместе, но безуспешно," отметил физик Тим Фукс из Лейденского университета и Университета Саутгемптона, возглавивший исследование.

"Теперь, когда нам удалось измерить гравитационные сигналы на самой малой когда-либо записанной массе, это означает, что мы на один шаг ближе к пониманию их взаимодействия."

Проблема квантовой гравитации до сих пор казалась неразрешимой. Она связана с нашими способами объяснения Вселенной. Классическая физика, то есть гравитация, объясняет процессы на большинстве масштабов. Однако на очень малых, до атомного и субатомного уровня, гравитация не способна объяснить наблюдаемые явления.

Для исследования этих масштабов физики используют квантовую механику. Но, так же как классическая физика не применима к квантовым масштабам, квантовая механика не работает на масштабах классической физики. Тем не менее, Вселенная функционирует, что заставляет ученых искать способы разрешения этих противоречий.

Один из потенциальных способов изучения этой проблемы - исследование гравитации на очень малых масштабах. Это сложно, учитывая, что гравитация присутствует везде во Вселенной, и выделить сигнал квантового масштаба на фоне земной гравитации - непростая задача.

Для решения этой задачи Фукс и его команда использовали так называемую сверхпроводящую магнитную ловушку. В камере левитировала частица, состоящая из трех неодимовых магнитных сфер диаметром 0,25 миллиметра и одной стеклянной сферы того же диаметра, склеенных вместе, общей массой около 0,43 грамма.

Используя это устройство, ученым удалось измерить гравитационное воздействие всего в 30 аттоньютонов - самый маленький масштаб, на котором физики когда-либо измеряли гравитацию, побив рекорд, установленный тремя годами ранее с использованием двух золотых сфер массой 90 миллиграммов.

Исследователи считают этот эксперимент только первым шагом. Теперь, когда они продемонстрировали эффективность своего эксперимента, они планируют продвигаться дальше.

"Теперь мы начнем уменьшать масштаб источника с использованием этой техники, пока не достигнем квантового мира с обеих сторон," говорит Фукс. "Понимая квантовую гравитацию, мы могли бы разгадать некоторые тайны нашей Вселенной - как она началась, что происходит внутри черных дыр или объединить все силы в одну большую теорию."

Исследование команды было опубликовано в журнале Science Advances.