La física han encontrado la manera de ver la "sonrisa" de la gravedad cuántica

En 1935, cuando la mecánica cuántica y la teoría general de la relatividad de einstein eran muy jóvenes, no la ha conocido el físico soviético matvey bronstein, siendo a la edad de 28 años, hizo la primera un estudio detallado sobre el tema de la armonización de estas dos teorías en la teoría cuántica de la gravedad. Esta, «es posible, en teoría todo el mundo en general», escribió bronstein, podría desplazar a la clásica эйнштейново descripción de la gravedad, en el que se ve curvas en el espacio-temporal continuo, y volver a escribir la cuantía de la lengua, así como el resto de la física.

Bronstein encontró la manera de describir la gravedad en términos de cuantificada de las partículas, ahora llamados гравитонами, pero sólo cuando la fuerza de la gravedad es débil — es decir, en general, y la teoría de la relatividad) cuando el espacio-tiempo es tan poco изогнуто, que será casi plana. Cuando la gravedad fuerte, «la situación es completamente diferente», escribió el científico. «la ausencia de una profunda revisión de los conceptos clásicos, parece casi imposible presentar la teoría cuántica de la gravedad y en este campo».

Sus palabras fueron proféticas. Ochenta y tres años más tarde, la física todavía están tratando de entender cómo espacio-temporal de la curvatura se manifiesta en la escala macroscópica, que emergen de la más fundamental y supuestamente cuántica de la gravedad de la obra; esto puede ser más profunda de la cuestión en la física. Tal vez si fue una oportunidad ligera de la cabeza Бронштейна aceleró el proceso de esa búsqueda. Además de la gravedad cuántica, también hizo una contribución en астрофизику y la cosmología, la teoría de los semiconductores, la electrodinámica cuántica y escribió varios libros para niños. En 1938, él se metió debajo de las represiones de stalin y fue ejecutado en la edad de 31 años.

La Búsqueda completa de la teoría de la gravedad cuántica se complica por el hecho que las propiedades cuánticas de la gravedad nunca se manifiestan en la experiencia real. La física no ven cómo se rompe эйнштейново la descripción de un continuo espacio-temporal, o бронштейново cuántico de la aproximación de su poca искривленном estado.

El Problema radica en la extrema debilidad de la fuerza de gravedad. Mientras que квантованные las partículas que transmiten fuertes, débiles y electromagnéticas de la fuerza, tan fuerte, que unen firmemente la materia en átomos y pueden ser investigados, literalmente, bajo la lupa, гравитоны por separado son tan débiles, que los laboratorios no hay ninguna posibilidad de detectar. Para coger el gravitón, con gran probabilidad, el detector de partículas debe ser tan grande y masiva, que коллапсирует en un agujero negro. Esta debilidad se explica por qué son necesarias astronómico de la acumulación de las masas, a fin de influir en otros cuerpos sólidos a través de la gravedad, y por qué vemos la gravedad de los efectos en gran escala.

Esto no es todo. El universo, al parecer, se somete a algún tipo espacial de la censura: el área con una fuerte gravedad, donde el espacio-temporales de las curvas es tan agudo, que la ecuación de einstein dan error, y debe revelarse la naturaleza cuántica de la gravedad y el espacio-tiempo siempre se esconden detrás de acuíferos agujeros negros.

"Incluso hace algunos años, había un consenso general de que, probablemente, medir la cuantización del campo gravitacional de alguna manera es imposible", dice igor Пиковский, un físico teórico de la universidad de harvard.

Y aquí hay varias recientemente publicados en Physical Review Letters artículos cambiado la situación. En estos trabajos se hace la declaración de que llegar a la cuántica de la gravedad, puede ser posible — incluso sin saber nada de ella. Trabajos escritos Сугато Bose de la University college de londres y Кьярой Марлетто y Влатко Ведралом de la universidad de oxford, ofrecen técnicamente difícil, pero factible de un experimento que podría confirmar que la gravedad es la fuerza, como todos los demás, sin necesidad de la detección de la reiterada. Miles Бленкоу, un físico de dartmouth college, no aceptaba la participación en este trabajo, dice que este experimento podría detectar una clara huella invisible de la gravedad cuántica — "la sonrisa del Gato de cheshire".

El experimento Propuesto determina si dos objetos — un grupo de Bose tiene previsto utilizar un par de микроалмазов — ser cuántico-mecánico confusos entre sí en el proceso de la atracción gravitacional mutua. La implicación es cuántico de un fenómeno en el que las partículas se vuelven inseparable переплетенными, compartiendo una descripción física, que determina sus posibles combinadas de estado. (La coexistencia de distintos estados posibles se denomina "суперпозицией" y determina cuántica sistema). Por ejemplo, un par de tropezones de las partículas puede existir en la superposición, en la cual la partícula Y será de un 50% de probabilidad de girar (spin) de abajo hacia arriba, y B — de arriba a abajo, y de un 50% de probabilidad viceversa. Nadie sabe de antemano qué resultado se obtiene al medir la dirección del espín de las partículas, pero usted puede estar seguro de que éste va a ser el mismo.

Los Autores sostienen que los dos objetos en la propuesta de un experimento pueden confundirse por lo tanto, sólo en caso de que la fuerza que actúa entre ellos, en este caso, la gravedad será la cuantía de la interacción, indirecta гравитонами que pueden apoyar cuánticos de la superposición. "Si se realizó el experimento y se obtiene la confusión, según el trabajo, se puede concluir que la gravedad квантуется", explicó Бленкоу.

Confundir diamante

Cuántica de la gravedad es tan imperceptible, que algunos científicos dudando de sula existencia de. El famoso matemático y el físico freeman dyson, que 94 años, desde el 2001, afirma que el universo puede mantener una especie de "дуалистическое" la descripción, en la que "el campo gravitacional, se menciona la teoría de la relatividad de einstein, será puramente clásico campo sin ningún tipo de comportamiento cuántico", con toda la sustancia en un elegante espacio-temporal continuo, se квантоваться las partículas que están sujetos a las reglas de la probabilidad.

Dyson, que ayudó a desarrollar la electrodinámica cuántica (la teoría de las interacciones entre la materia y la luz) y es profesor honorario del Instituto de estudios avanzados en princeton, nueva jersey, no se considera que cuántica de la gravedad necesaria para describir недостижимых entrañas de los agujeros negros. Y también se considera que la detección de un hipotético reiterada puede ser imposible en principio. En este caso, dice, el cuántica de la gravedad se metafísica, y no física.

Él no es el único escéptico. El famoso físico inglés sir roger penrose y el científico húngaro Ладжос Диоси independencia supuso que el espacio-tiempo no puede mantener la superposición. Ellos creen que su lisa, firme, fundamentalmente clásica de la naturaleza impide la curvatura en dos caminos posibles al mismo tiempo — y es esa rigidez provoca el hundimiento de la суперпозиций cuántica de sistemas como los electrones y los fotones. "La fuerza de gravedad декогеренция", en su opinión, permite pasar de mensajería, firme, clásicos de la realidad, que se puede sentir en la escala macroscópica.

Encontrar la "sonrisa" de la gravedad cuántica, aparentemente, refuta el argumento Дайсона. También mata a la teoría de la gravitación декогеренции, mostrando que la gravedad y el espacio-tiempo realmente apoyo de la superposición cuántica.

La Oferta Bose y Марлетто aparecieron al mismo tiempo y absolutamente por casualidad, aunque los expertos señalan que reflejan el espíritu de la época. Laboratorio experimental de la física cuántica en todo el mundo ponen cada vez más grandes objetos invisibles en cuánticos de la superposición y optimizan los protocolos de las pruebas de la implicación de dos de los sistemas cuánticos. Propuesto por el experimento debe combinar estos procedimientos, la necesidad de mejorar la escala y la sensibilidad; es posible, tardará diez años. «Pero el físico de un callejón sin salida no», dice Пиковский, que también explora cómo los experimentos de laboratorio podrían palpar la gravedad del fenómeno. «Creo que es difícil, pero no imposible».

El plan con más detalle se expone en el trabajo de Bose y colaboradores de once expertos oushena para las distintas etapas de la propuesta. Por ejemplo, en su laboratorio en la Universidad de warwick, uno de los coautores de la gavin morley está trabajando en la primera etapa, tratando de colocar микроалмаз en la superposición cuántica en dos lugares. Para ello, se celebrará un átomo de nitrógeno en микроалмазе, junto a la vacante en la estructura del diamante (el llamado NV de negocios, o азото-alifático vacante en la алмазе), y cargará su микроволновым impulso. Un electrón que gira alrededor de la NV-centro, a la vez que absorbe la luz, y no, y el sistema entra en el cuántica superposición de dos líneas de la espalda hacia arriba y hacia abajo — al igual que волчку, que con una cierta probabilidad gira en sentido de las agujas del reloj y con una contra. Микроалмаз, cargada con este giro de la superposición, es expuesto a un campo magnético que hace que la parte superior de spin mover hacia la izquierda, y la parte inferior — derecha. El diamante se escinde en la superposición de dos trayectorias.

En su experimento, los científicos deben hacer todo esto con dos diamantes de color rojo y azul, por ejemplo — situadas en сверххолодном el vacío. Cuando la trampa de retención, se apaga, dos микроалмаза, cada uno en la superposición de las dos disposiciones, se caen verticalmente en el vacío. A medida que la caída de los diamantes serán sentir la gravedad de cada uno de ellos. Qué tan fuerte será la atracción gravitatoria?

Si la gravedad es la cuantía de la interacción, la respuesta es: depende de lo que. Cada componente de la superposición de azul diamante va a experimentar más fuerte o más débil atracción a la алмазу, en función de si la reserva en la rama de la superposición, que está más cerca o más lejos. Y la gravedad, que se va a sentir cada componente de la superposición de rojo diamante, exactamente de la misma depende del estado de azul diamante.

En cada uno de los casos, los diferentes grados de la atracción gravitacional influyen en la evolución de los componentes de суперпозиций de diamantes. Dos diamantes son interdependientes, ya que su estado se puede definir sólo en combinación — si es que significa algo — por lo tanto, en última instancia, de la dirección de los espines de los dos sistemas NV-centros de corresponderán.

Después de que микроалмазы se caen de lado a lado en el plazo de tres segundos, es suficiente para perderse en гравитациях, éstos pasarán a través de otro campo magnético, que de nuevo capturará cada rama de la superposición. El último paso en el experimento — protocolo «torcida de conocimiento» (entanglement witness), desarrollado por el físico danés barbara Терал y otros: el azul y el rojo de los diamantes vienen en diferentes dispositivos que miden la dirección de giro de los sistemas NV-centros. (Dimensión conduce a un colapso суперпозиций en determinadas condiciones). A continuación, dos de los resultados se asignan. Mediante el experimento una y otra vez, y comparando la multitud de pares de mediciones de la espalda, los científicos pueden determinar si la espalda de dos de los sistemas cuánticos correlacionadosentre ellos más a menudo, que define el límite superior para los objetos que no son cuántico-mecánico confusos. Si es así, la gravedad es realmente confuso para los diamantes, y puede mantener la superposición.

"lo Que es interesante en este experimento, es que usted no necesita saber que es la teoría cuántica", dice Бленкоу. "Todo lo que se necesita, es decir que hay un cierto quantum aspecto en este ámbito, que опосредован la fuerza entre dos partículas".

Las dificultades Técnicas — la masa. El más grande es el objeto que se coloca en la superposición de dos lugares antes de eso, era un 800-atómica de la molécula. Cada микроалмаз contiene más de 100 mil millones de átomos de carbono — que es suficiente para acumular un considerable crea una fuerza gravitacional. Desembalaje de su cuántico-mecánico de la naturaleza requerirá a las bajas temperaturas, un profundo vacío y un control preciso. "Mucho de este trabajo consiste en la configuración original de la superposición y el inicio", dice peter barker, un miembro de un piloto de un equipo que mejorará las técnicas láser de refrigeración y atraparlos микроалмазов. Si esto se puede hacer con un diamante, agrega Bose, "la segunda no será un problema".

En el que la singularidad de la gravedad?

Los Investigadores de la gravedad cuántica no cabe duda de que la gravedad es cuántica de la interacción que pueda causar confusión. Por supuesto, la gravedad en algo único, y aún queda mucho por aprender sobre el origen del espacio y del tiempo, pero la mecánica de precisión debe ser atraída, dicen los científicos. "Bueno, la verdad, ¿qué sentido tiene, en teoría, en el que gran parte de la física cuántica, y la gravedad clásica", dice daniel harlow, investigador de la gravedad cuántica en el MIT. Argumentos teóricos contra mixtos cuántico-los modelos clásicos muy fuertes (aunque no incontestables).

Por otro lado, los teóricos de la equivocados antes. "Si se puede validar, ¿por qué no? Si es заткнет de estas personas, que ponen en cuestión el квантовость de la gravedad, sería genial", dijo harlow.

Después de Leer el trabajo, dyson escribió: "Propuesta de un experimento sin duda es de gran interés y exige la realización en las condiciones de la presente cuántica del sistema". Sin embargo, se observa que la línea de pensamiento de los autores sobre la cuántica de campos son diferentes de los de él. "Me pregunto, ¿podrá este experimento resolver la cuestión de la existencia de la gravedad cuántica. La pregunta que me hacía — viendo si independiente gravitón es otra cuestión, y puede tener una respuesta diferente".

Línea de pensamiento Bose, Марлетто y sus colegas sobre квантованной de la gravedad surge de los trabajos de Бронштейна ya en el año 1935. (Dyson llamó la labor de Бронштейна "excelente rendimiento", que él no había visto antes). En particular, bronstein ha demostrado que la debilidad de la gravedad, рождаемая bajo peso, puede ser una aproximación a la ley de gravitación de newton. (Es una fuerza que actúa entre суперпозициями микроалмазов). En opinión de Бленкоу, cálculos débil квантованной de la gravedad, especialmente, no se llevaron a cabo, aunque sin duda son más relevantes que la física de los agujeros negros o la Gran Explosión. Se espera que el nuevo piloto de la propuesta de estimular a los teóricos en la búsqueda de finas actualizaciones a ньютоновскому puesto que los futuros juegos de mesa experimentos podrían tratar de comprobar.

Leonard Сасскинд, conocido teórico de la gravedad cuántica y de las cuerdas en la universidad de stanford, vio el valor de la propuesta de un experimento, ya que "proporciona la observación de la gravedad en el nuevo rango de masas y de la distancia". Pero él y otros investigadores destacaron que микроалмазы no pueden revelar nada sobre el total de la teoría cuántica de la gravedad o del espacio-tiempo. Él y sus colegas gustaría entender lo que sucede en el centro de un agujero negro y en el momento de la Gran Explosión.

Tal vez, una de las sugerencias de hecho, ¿por qué квантовать la gravedad es tan pesado que el resto, se encuentra en el hecho de que otras fuerzas de la naturaleza tienen el llamado "локальностью": partículas cuánticas en una región de campo (fotones en el campo electromagnético, por ejemplo) "son independientes de otras personas físicas de la entidad en otro ámbito del espacio", dice mark van Раамсдонк, el teórico de la gravedad cuántica de la Universidad de la columbia Británica. "Pero hay muchos teóricos de la evidencia de que la gravedad no funciona".

En el mejor de los modelos de arena de la gravedad cuántica (simples espacio-temporales y la geometría) no se puede suponer que el continuo espacio-temporal de la tela se divide en casillas de piezas tridimensionales, dice van Раамсдонк. En lugar de ello, la moderna teoría sugiere que subyacentes, son elementos fundamentales del espacio «se organizan más bien двумерно». El tejido del espacio-tiempo puede ser como un holograma o un videojuego. «a Pesar de la imagen трехмерна, la información se almacena en dos chip». En este caso, el mundo tridimensional se иллюзей en el sentido de que varios de sus partes no son tan independientes. En analogía con el videojuego, varios bits en dos y el chip se puede codificar funciones globales de todo el universo de juegos.

Y esta diferencia es importante cuando usted está tratando de crear la teoría cuántica, la gravedad. El método tradicional para квантованию de algo consiste en la definición de sus partes separadas, la de las partículas, por ejemplo — y, a continuación, la aplicación a ellos de la mecánica cuántica. Pero si no se determina la correcta componentes, se obtiene la incorrectos de la ecuación. Directa de la cuantización del espacio tridimensional que quería hacer bronstein, funciona enen cierta medida, con poca gravedad, pero resulta inútil cuando el espacio-tiempo es muy искривлено.

Algunos expertos dicen que la certificación de "sonrisas" cuántica de la gravedad, puede provocar la motivación de este tipo de razonamiento abstracto. Finalmente, incluso los más fuertes argumentos teóricos sobre la existencia de la gravedad cuántica no se fundamentan en hechos experimentales. Cuando van Раамсдонк explica su investigación en el coloquio de los científicos, dice, normalmente comienza con el relato de que la gravedad es necesario repensar con la mecánica cuántica, ya que la clásica descripción del espacio-tiempo se rompe en los agujeros negros y el big bang.

"Pero si realizar este sencillo experimento, y demostrar que el campo gravitatorio es el de la superposición, el fracaso de la descripción clásica, se hace evidente. Porque es un experimento que implica que la gravedad cuántica".

por los materiales De los Quanta Magazine