O echipă internațională de cercetători a demonstrat că Postulat fundamental al lui Einstein care afirmă că gravitația accelerează toate corpurile în mod identic în cădere liberă, indiferent de masa sau compoziția lor, dacă nu există rezistență din partea aerului., piatră de temelie a relativității generale, se aplică fără cusur și în lumea cuantică — chiar și atunci când materia se află în două locuri în același timp.
Teoria fizică ce guvernează universul la scară microscopică (atomi și particule subatomice), unde materia se comportă simultan ca undă și particulă, iar certitudinile fizicii clasice sunt înlocuite de probabilități. și Teoria gravitației dezvoltată de Albert Einstein, care arată că gravitația nu este o forță de atracție misterioasă, ci însăși curbura spațiului și timpului provocată de masa și energia corpurilor cerești. sunt fundamentele fizicii moderne. Prima explică comportamentul atomilor și al obiectelor minuscule; a doua, modul în care obiectele cad și felul în care gravitația modelează universul.
Împreună, ne permit să explicăm o mare parte din univers. Au fost testate de nenumărate ori. Și totuși, combinarea lor pentru a studia anumite obiecte și evenimente — găurile negre, de pildă — ne conduce la concluzii fără sens.
Fizicienii cred că există o altă teorie, capabilă să le unească pe cele două într-una singură. Nu am găsit-o încă, dar fiecare indiciu, oricât de mic, ne-ar putea apropia cu un pas de ea. Noua lucrare se înscrie în această tradiție, chiar dacă i-a dat din nou dreptate lui Einstein.
Ghiulele la Pisa, un ciocan pe Lună
Totul se reduce la principiul echivalenței slabe, cunoscut și sub numele de principiul căderii libere. Acesta afirmă că, într-un câmp gravitațional, două obiecte alcătuite din materiale diferite și cu mase diferite cad la sol cu aceeași accelerație, atâta timp cât nu acționează asupra lor alte forțe.
Principiul datează încă de pe vremea lui Galileo Galilei, care l-a demonstrat aruncând de pe Turnul Înclinat din Pisa ghiulele de mase diferite; toate au atins solul în același timp. Mai recent, comandantul misiunii Apollo 15, David Scott, l-a demonstrat pe Lună, dând drumul unei pene și unui ciocan și înregistrând cum ating simultan suprafața lunară.
Aceeași cădere, la scara unei unde cuantice
În lumea cuantică, configurația a fost puțin diferită. Cercetătorii au răcit atomii de rubidiu până aproape de Limita termică inferioară absolută a Universului (−273,15 °C), punctul în care mișcarea termică a atomilor se oprește aproape complet, permițând manifestarea fenomenelor pur cuantice., apoi i-au plasat într-o Proprietate cuantică remarcabilă prin care o particulă poate exista simultan în două sau mai multe stări, poziții sau traiectorii diferite până în momentul în care este măsurată sau observată. care le-a permis să se deplaseze simultan pe două traiectorii. Atomii pot fi interpretați ca mișcându-se sub formă de unde cuantice.
O parte a undei atomice a fost menținută staționară cu ajutorul unui câmp magnetic, în timp ce cealaltă a fost mai întâi împinsă cu un impuls magnetic diferit, apoi lăsată să cadă sub acțiunea gravitației.
La capătul căderii libere, partea căzută a fost readusă în poziția celei ținute pe loc, iar cele două unde au interferat.
Interferența le-a permis cercetătorilor să compare diferențele minuscule de fază cuantică acumulate cât timp o parte se afla în cădere liberă, iar cealaltă stătea nemișcată. Practic, oscilația undei cuantice a funcționat ca un ceasornic microscopic ultrasensibil: dacă gravitația ar fi acționat diferit asupra jumătății aflate în mișcare, «tic-tacul» celor două căi nu s-ar mai fi potrivit perfect la reunire. Măsurătoarea a fost în concordanță cu predicția principiului echivalenței al lui Einstein atunci când este aplicat unei unde cuantice — o perspectivă asupra domeniului în care relativitatea generală se întâlnește cu mecanica cuantică.
„Nu avem o teorie coerentă care să ne explice de ce fizica cuantică ar trebui să eșueze. Acest experiment împinge mecanica cuantică către una dintre cele mai intrigante frontiere ale sale, gravitația, și arată că, încă o dată, predicțiile sale se confirmă.”, a declarat profesorul Vlatko Vedral, de la departamentul de fizică al Universității din Oxford.
Dincolo de atom: unde caută Roger Penrose fisurile din teorie
Rămâne întrebarea unde încep mecanica cuantică și relativitatea să difere. Un alt coautor al studiului, profesorul Sir Roger Penrose, a susținut că răspunsul ar putea veni de la obiecte mai mari, aflate în superpoziții foarte lungi: acolo ar putea ieși la iveală fisurile din teoriile noastre.
Pentru a testa această graniță, cercetătorii plănuiesc deja să înlocuiască atomii solitari de rubidiu cu nanodiamante — particule care conțin miliarde de atomi, dar sunt suficient de mici pentru a fi suspendate în stări cuantice. Dacă un astfel de corp mai greu va refuza să cadă conform prezicerilor lui Albert Einstein, fizica ar putea obține prima sa fisură palpabilă către o teorie a gravitației cuantice.
Rezultatele, publicate în revista Science Advances, lasă edificiul teoretic al lui Einstein intact pentru moment. Însă vânătoarea continuă: undeva, la granița dintre căderea liberă a galaxiilor și dansul invizibil al atomilor, Universul ascunde încă o regulă fundamentală pe care abia învățăm să o citim.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
ADN-ul antic dezvăluie colapsul misterios al constructorilor de monumente megalitice din Europa
Premieră: Fizicienii au descoperit cea mai convingătoare dovadă a existenței materiei întunecate de până acum
„Sindromul inimii frânte” seamănă cu un infarct, dar un nou scor sangvin le-ar putea deosebi
Un fluture care abia îmbătrânește ar putea ajuta cercetătorii să descifreze secretele longevității
