Posibilitatea ca gravitația să fie, de fapt, cuantică – Experimentele inovatoare care ar putea răspunde uneia dintre cele mai mari întrebări din fizică

De mai bine de un secol, mecanica cuantică a explicat cu succes fenomene fundamentale, de la tabelul periodic al elementelor până la modul în care strălucesc stelele.

Totuși, există o excepție majoră: gravitația. Teoria generală a relativității a lui Albert Einstein descrie gravitația ca o curbare a spațiu-timpului provocată de masă, dar rămâne o teorie clasică, necuantică.

Discrepanța între relativitate și mecanica cuantică reprezintă una dintre cele mai mari provocări nerezolvate în fizică.

Dezvoltarea unei teorii cuantice a gravitației a generat concepte matematice sofisticate, precum teoria stringurilor sau gravitația cuantică în bucle.

Însă până acum, niciun experiment nu a furnizat dovezi concrete că gravitația ar fi un fenomen cuantic.

În ultimele decenii, cercetătorii au început să propună teste de laborator menite să investigheze natura gravitației, sporind precizia instrumentelor și metodele experimentale pentru a putea observa efecte cuantice.

Experimentele care ar putea demonstra gravitația cuantică

Unul dintre conceptele cheie implică fenomenul de superpoziție cuantică, în care un obiect poate exista simultan în două stări.

Cercetătorii se întreabă dacă gravitația poate provoca entanglement între obiecte aflate în superpoziție. De exemplu, în experimentele propuse de Markus Aspelmeyer, particule extrem de mici sunt plasate în superpoziție, iar cercetătorii urmăresc dacă obiecte aflate în proximitate devin întreținute prin atracția gravitațională, se arată în revista Nature.

O altă abordare, propusă de Sougato Bose și echipa sa, presupune utilizarea unor cristale microscopice de diamant în cădere liberă și superpoziție, pentru a observa dacă interacțiunea gravitațională induce entanglement între ele.

Dacă acest fenomen se manifestă, ar fi o dovadă clară că gravitația are caracter cuantic. Totuși, aceste experimente sunt extrem de complexe și ar putea necesita decenii până când tehnologia va permite realizarea lor completă.

Alternative la testarea gravitației cuantice

Alți cercetători explorează metode diferite, fără a se baza pe entanglement. De exemplu, suspensia unui nor de atomi reci într-o stare de condensat Bose–Einstein (BEC) permite observarea modului în care gravitația afectează evoluția distribuției atomilor.

Dacă gravitația ar fi clasică, distribuția ar rămâne simplă, în timp ce o gravitație cuantică ar putea transforma distribuția într-una cu mai multe vârfuri, indicând efecte cuantice.

Astfel de experimente se află la limita actualelor tehnologii și implică manipularea precisă a unui număr enorm de atomi și particule.

Însă progresele recente în tehnologia laserelor și în controlul sistemelor cuantice oferă cercetătorilor speranța că, în viitorul apropiat, aceste teste ar putea oferi primele indicii directe despre natura gravitației.

Întrebarea dacă gravitația este un fenomen cuantic rămâne una dintre cele mai mari provocări ale fizicii moderne.

Experimentele inovatoare propuse în laborator, fie prin entanglement între particule, fie prin condensate Bose–Einstein, ar putea oferi răspunsuri fără precedent.

Deși realizarea practică a acestor teste este extrem de dificilă, ele reprezintă o cale promițătoare pentru a înțelege cum se integrează gravitația în lumea mecanicii cuantice.