Radikalna teorija koja dosledno objedinjuje gravitaciju i kvantnu mehaniku uz očuvanje Ajnštajnovog klasičnog koncepta prostor-vremena objavljena je u dva rada koja su istovremeno objavili fizičari UCL (University College London).
Moderna fizika je zasnovana na dva stuba: kvantnoj teoriji s jedne strane, koja upravlja najmanjim česticama u univerzumu, i Ajnštajnovoj teoriji opšte relativnosti s druge, koja objašnjava gravitaciju savijanjem prostor-vremena. Ali ove dve teorije su u suprotnosti jedna sa drugom i pomirenje je ostalo neuhvatljivo više od jednog veka.
Preovlađujuća pretpostavka je bila da Ajnštajnova teorija gravitacije mora biti modifikovana, ili „kvantizovana“, kako bi se uklopila u kvantnu teoriju. Ovo je pristup dva vodeća kandidata za kvantnu teoriju gravitacije, teoriju struna i kvantnu gravitaciju u petlji.
Ali nova teorija, koju je razvio profesor Džonatan Openhajm (UCL Phisics & Astronomi) i izložena u radu u Phisical Reviev Ks, dovodi u pitanje taj konsenzus i uzima alternativni pristup sugerišući da prostor-vreme može biti klasično – to jest, da nije vođeno kvantnim teorija uopšte.
Umesto da modifikuje prostor-vreme, teorija – nazvana „postkvantna teorija klasične gravitacije“ – modifikuje kvantnu teoriju i predviđa unutrašnji slom predvidljivosti koji je posredovan samim prostor-vremem. Ovo rezultira nasumičnim i nasilnim fluktuacijama u prostor-vremenu koje su veće nego što je predviđeno kvantnom teorijom, čineći prividnu težinu objekata nepredvidivom ako se izmeri dovoljno precizno.
Drugi rad, koji je istovremeno objavljen u Nature Communications i koji je vodio bivši dr profesor Oppenheim. studenti, razmatra neke od posledica teorije, i predlaže eksperiment za testiranje: da se izmeri masa veoma precizno da se vidi da li se čini da njena težina varira tokom vremena.
Na primer, Međunarodni biro za tegove i mere u Francuskoj rutinski meri masu od 1 kg, što je nekada bio standard od 1 kg. Ako su fluktuacije u merenjima ove mase od 1 kg manje nego što je potrebno za matematičku doslednost, teorija se može odbaciti.
Ishod eksperimenta, ili drugi dokazi koji se pojavljuju koji bi potvrdili kvantnu u odnosu na klasičnu prirodu prostor-vremena, su predmet opklade na kvote 5000:1 između profesora Openhajma i profesora Karla Rovelija i dr Džefa Peningtona — vodećih zagovornika kvantne petlje gravitacije i teorije struna respektivno.
U proteklih pet godina, istraživačka grupa UCL-a je testirala teoriju na stres i istraživala njene posledice.
Profesor Openhajm je rekao: „Kvantna teorija i Ajnštajnova teorija opšte relativnosti su matematički nekompatibilne jedna sa drugom, tako da je važno razumeti kako se ova kontradikcija rešava. Da li prostor-vreme treba kvantovati, ili treba da modifikujemo kvantnu teoriju, ili je to nešto sasvim drugo?“ Sada kada imamo konzistentnu fundamentalnu teoriju u kojoj se prostor-vreme ne kvantuje, svako može da nagađa.“
Koautor Zach Veller-Davies, koji je kao dr. student na UCL-u pomogao je u razvoju eksperimentalnog predloga i dao ključne doprinose samoj teoriji, rekao je: „Ovo otkriće dovodi u pitanje naše razumevanje fundamentalne prirode gravitacije, ali takođe nudi puteve za ispitivanje njene potencijalne kvantne prirode.
„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 proveriti.
„I u kvantnoj gravitaciji i u klasičnoj gravitaciji, prostor-vreme mora da prolazi kroz nasilne i nasumične fluktuacije svuda oko nas, ali na skali koju još nismo uspeli da otkrijemo. Ali ako je prostor-vreme klasično, fluktuacije moraju biti veće od određenoj skali, 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.“
Koautori dr Karlo Sparaciari i dr Barbara Šoda, čiji su analitički i numerički proračuni pomogli u vođenju projekta, izrazili su nadu da bi ovi eksperimenti mogli da utvrde da li je potraga za kvantnom teorijom gravitacije pravi pristup.
Dr Šoda (ranije UCL Phisics & Astronomi, sada na Institutu za teorijsku fiziku Perimeter, Kanada) je rekao: „Pošto se gravitacija manifestuje savijanjem prostora i vremena, možemo razmišljati o pitanju u smislu da li je stopa na koje vreme teče ima kvantnu prirodu, ili klasičnu prirodu.“
„A testiranje je skoro jednako jednostavno kao testiranje da li je težina mase konstantna ili izgleda da fluktuira na određeni način.“
Dr Sparaciari (UCL Phisics & Astronomy) je rekao: „Iako je koncept eksperimenta jednostavan, vaganje objekta mora biti izvedeno sa izuzetnom preciznošću.“
„Ali ono što smatram uzbudljivim je da počevši od veoma opštih pretpostavki, možemo dokazati jasnu vezu između dve merljive veličine – razmere fluktuacija prostor-vremena i koliko dugo se objekti poput atoma ili jabuke mogu staviti u kvantnu superpoziciju dve različite lokacije. . Zatim možemo eksperimentalno odrediti ove dve veličine.“
Veller-Davies je dodao: „Delikatna međuigra mora postojati ako kvantne čestice kao što su atomi mogu savijati klasično prostor-vreme. Mora postojati fundamentalni kompromis između talasne prirode atoma i toga koliko velike slučajne fluktuacije u prostor-vremenu moraju biti.“
Predlog da se testira da li je prostor-vreme klasično traženjem nasumičnih fluktuacija mase je komplementaran drugom eksperimentalnom predlogu koji ima za cilj da potvrdi kvantnu prirodu prostor-vremena tražeći nešto što se zove „gravitaciono posredovano zapletanje“.
Profesor Sugato Bose (UCL Phisics & Astronomi), koji danas nije bio uključen u najavu, ali je bio među onima koji su prvi predložili eksperiment zapletanja, rekao je: „Eksperimenti za testiranje prirode prostor-vremena zahtevaće veliki napor, ali oni ‘su od ogromnog značaja iz perspektive razumevanja fundamentalnih zakona prirode. Verujem da su ovi eksperimenti na dohvat ruke—te stvari je teško predvideti, ali možda ćemo odgovor znati u narednih 20 godina.“
Postkvantna teorija ima implikacije izvan gravitacije. Zloglasni i problematični „postulat merenja“ kvantne teorije nije potreban, pošto se kvantne superpozicije nužno lokalizuju kroz njihovu interakciju sa klasičnim prostor-vremenom.
Teorija je bila motivisana pokušajem profesora Openhajma da reši problem informacija o crnoj rupi. Prema standardnoj kvantnoj teoriji, objekat koji ulazi u crnu rupu treba na neki način zračiti napolje jer se informacija ne može uništiti, ali ovo narušava opštu relativnost, koja kaže da nikada ne možete znati za objekte koji prelaze horizont događaja crne rupe. Nova teorija dozvoljava uništavanje informacija zbog fundamentalnog sloma predvidljivosti.
