Физики поставили под сомнение ключевой тест на квантовую природу гравитации

Объединение фундаментальных законов физики стало еще более сложной задачей: новое исследование ставит под сомнение один из перспективных методов проверки квантовой природы гравитации. Недавно опубликованная научная работа усложняет аргументацию о том, что гравитацию можно объяснить с помощью квантовой запутанности. Эта концепция восходит к предложению, сделанному нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом в 1957 году. Он предположил, что если гравитация способна вызвать квантовую запутанность между двумя массивными объектами, то сама гравитация должна иметь квантовую природу. В последнее время эта идея получила широкое распространение, поскольку достижения в области прецизионных измерений сделали такие эксперименты практически осуществимыми.

Однако новая статья Ричарда Хаула и Джозефа Азиза из Лондонского университета Ройял Холлоуэй оспаривает это предположение. Их расчеты показывают, что даже классическая гравитация, то есть неквантовая теория, введенная Альбертом Эйнштейном, при определенных условиях также может создавать запутанность между двумя объектами. Традиционно физики полагали, что чисто классическое гравитационное поле не может передавать квантовую информацию, поскольку оно опирается лишь на локальные операции и классическую коммуникацию. В рамках такого подхода запутанность потребовала бы передачи информации быстрее скорости света, что считается физически невозможным.

Хаул и Азиз использовали иную методику, объединив квантовую теорию поля для описания материи с классической гравитацией. Они продемонстрировали, что даже в этом случае может возникать квантовая коммуникация. Ключ к этому явлению лежит не в гипотетических гравитонах — частицах, связываемых с квантованным гравитационным полем, — а в виртуальных пропагаторах материи, которые являются частью квантовополевого описания таких частиц, как электроны. Иными словами, кажущееся квантовое поведение может проистекать из квантовой природы самой материи, а не из квантовой природы гравитации.

Это тонкое различие имеет серьезные последствия. На протяжении многих лет физики предлагали так называемые «настольные эксперименты» для проверки идеи Фейнмана, надеясь наблюдать гравитационно-индуцированную запутанность как доказательство того, что гравитация квантована. Новые выводы предполагают, что такие результаты будут неоднозначными, поскольку они могут быть следствием как квантовой гравитации, так и взаимодействия классической гравитации с квантовыми полями. Несмотря на это, исследование не делает такие тесты бесполезными. По словам авторов работы, как классические, так и квантовые модели гравитации будут порождать запутанность, но с разной силой, зависящей от таких переменных, как масса, расстояние между объектами и длительность эксперимента. Тщательное измерение этих различий может в конечном итоге позволить ученым отличить один сценарий от другого. Таким образом, давно задуманный Фейнманом эксперимент остается столь же заманчивым и столь же сложным, как и прежде.

Исследование было опубликовано в авторитетном научном журнале Nature.