Neka neprijateljstva su toliko moćna da se nikada ne mogu razrešiti. Bette i Joan. Betmen i Džoker. Hamilton i Bur.
Počelo je da izgleda kao da će ta lista uključivati opštu relativnost i kvantnu teoriju, dva matematička okvira za opisivanje Univerzuma koji jednostavno ne mogu da se uklope.
Ali u novom radu, fizičar Džonatan Openhajm sa Univerzitetskog koledža u Londonu tvrdi da je pronašao način da razreši njihove razlike.
I postaje bolje – drugi rad izlaže način da se to eksperimentalno testira.
„Kvantna teorija i Ajnštajnova teorija opšte relativnosti su matematički nekompatibilne jedna sa drugom, tako da je važno razumeti kako se ova kontradikcija rešava“, objašnjava Openhajm.
„Da li prostor-vreme treba kvantovati, ili da modifikujemo kvantnu teoriju, ili je to nešto sasvim drugo?“
Univerzum se ne ponaša na jedinstven način u različitim skalama, a mi imamo različite alate za njegovo istraživanje i opisivanje. Opšta teorija relativnosti je teorija koja opisuje gravitacione interakcije u fizičkom univerzumu velikih razmera, zasnovana na načinu na koji gravitacija krivi prostor-vreme.
Može se koristiti za predviđanje Univerzuma; opšta teorija relativnosti je predvidela gravitacione talase, gravitaciono sočivo i neka ponašanja crnih rupa.
Na mnogo manjim razmerama – atomskim i subatomskim – gravitacija ne funkcioniše na način na koji radi pod relativnošću. Potreban je drugačiji skup pravila da bi se opisao način na koji se materija ponaša i interaguje. Ovo je kvantna teorija.
Decenijama, fizičari pokušavaju da shvate kako da nateraju dva skupa pravila da rade zajedno. Oblasti relativnosti i kvantne teorije međusobno deluju u stvarnom svetu, ali naučnici nisu uspeli da shvate kako.
Trenutna misao je da se gravitacija može, nekako, opisati pomoću kvantne teorije, ili kvantovati. Ovo stoji iza teorija kao što su teorija struna i teorija kvantne petlje.
Ali u svom radu, Openhajm izlaže potpuno drugačiju alternativu. Šta ako se prostor-vreme ne može kvantovati, jer njime u potpunosti vlada klasična fizika?
Zamislite da je stvarnost ekran vašeg računara ili telefona. Možete jasno da vidite veliku sliku, ali ako koristite lupu na ekranu, videćete da je sastavljena od sićušnih jedinica.
Prema kvantnoj teoriji, ovo je Univerzum. Ako zumirate dovoljno, sastoji se od minijaturnih osnovnih jedinica, ili kvanta, poput piksela na ekranu. Ako prostor-vreme nije kvantno, nije bitno koliko zumirate; uvek će biti glatko.
Prema Openhajmovoj teoriji, međutim, prostor-vreme ne bi bilo samo glatko, već bi postalo nekako klimavo i nepredvidivo.
Evo gde to postaje proverljivo. Ova klimavost bi rezultirala fluktuacijama merljivih svojstava koje su veće od fluktuacija koje predviđa kvantna teorija.
Uz pravi eksperiment, fizičari bi mogli da traže te fluktuacije.
„Pokazali smo da ako prostor-vreme nema kvantnu prirodu, onda moraju postojati slučajne fluktuacije u zakrivljenosti prostor-vremena koje imaju poseban potpis koji se može eksperimentalno potvrditi“, kaže fizičar Zach Veller-Davies sa Univerziteta College London.
„I u kvantnoj i u klasičnoj gravitaciji, prostor-vreme mora da prolazi kroz nasilne i nasumične fluktuacije svuda oko nas, ali na skali koju još nismo mogli da otkrijemo. Ali ako je prostor-vreme klasično, fluktuacije moraju biti veći od određene skale, a ova skala se može odrediti drugim eksperimentom gde testiramo koliko dugo možemo staviti teški atom u superpoziciju da se nalazi na dve različite lokacije.“
Sada, problem relativnosti i kvantne mehanike je veliki. Za njegovo rešavanje će biti potrebni apsolutno izvanredni dokazi, a mi smo veoma daleko od toga.
A Openhajmova teorija svakako ima protivljenje unutar naučne zajednice.
U stvari, kolege fizičari Karlo Roveli i Džef Penington osećaju se toliko snažno da kvantna teorija može da opiše gravitaciju da su potpisali opkladu protiv Openhajma sa kvotom 5.000:1.
Karlo je ponudio da mi da 5000 šarenih loptica kako bih mogao da igram bazingu: https://t.co/teDCKSmj9v4 i ako pobedi, daću mu jednu crvenu loptu. Ali ja ne igram bazingu, a on izgleda neuzbuđen mojim predlozima: 50 ml maslinovog ulja ili vina? .00002 bitcoin? paket čipsa? Moj dom? 2/
Ali čak i nenalaženje ničega u eksperimentu može nam reći važne stvari, tako da na koji god način eksperiment ispadne, možemo naučiti nešto zanimljivo i vredno iz njega.
„Eksperimenti za testiranje prirode prostor-vremena zahtevaće veliki napor, ali su od ogromnog značaja iz perspektive razumevanja fundamentalnih zakona prirode“, kaže fizičar Sugato Bose sa Univerzitetskog koledža u Londonu, koji nije bio uključen. u ovim listovima.
„Verujem da su ovi eksperimenti na dohvat ruke – ove stvari je teško predvideti, ali možda ćemo odgovor znati u narednih 20 godina.
