Oto coś, nad czym warto się zastanowić.
Wyobraź to sobie: trzymasz atom – jeden, pojedynczy, maleńki atom – i robisz coś, co sprawia, że istnieje on w dwóch miejscach jednocześnie. To jest superpozycja kwantowa, jedna z tych rzeczy, które brzmią kompletnie szalenie, dopóki nie przypomnisz sobie, że atomy robią to cały czas, gdy nikt nie patrzy.
Teraz go upuść.
Co się stanie?
Właśnie to przetestował zespół fizyków i, szczerze mówiąc? Odpowiedź, którą znaleźli, jest jednocześnie oczywista i absolutnie fascynująca.
Dwaj królowie fizyki (którzy nie potrafią się dogadać)
Pozwól, że wyjaśnię, dlaczego ten eksperyment ma znaczenie, ponieważ dotyczy on dwóch najważniejszych osiągnięć w całej nauce, które nie potrafią ze sobą współpracować.
Z jednej strony mamy mechanikę kwantową – teorię wyjaśniającą zachowanie atomów i cząstek elementarnych. Jest dziwna, kontrintuicyjna i działa pięknie. Cząstki mogą znajdować się w wielu stanach jednocześnie. Mogą tunelować przez ściany. Mogą być połączone w sposób, który sprawiał, że samemu Einsteinowi było niewygodnie (słynnie nazwał to „straszliwym działaniem na odległość”).
Z drugiej strony mamy teorię grawitacji Einsteina – ogólną teorię względności. To teoria wyjaśniająca, dlaczego rzeczy spadają, jak orbitują planety i dlaczego czas płynie inaczej w zależności od prędkości poruszania się lub odległości od masywnego obiektu. Jest elegancka, wielokrotnie potwierdzona i opisuje wszechświat w skali kosmicznej.
Oto problem: te dwie teorie nienawidzą się nawzajem.
Chodzi mi o to, że nie nienawidzą się dosłownie – to głupie – ale fizycy spędzili niemal wiek, próbując połączyć je w jedną zunifikowaną teorię, i nikomu jeszcze się to nie udało. Każda z nich działa idealnie w swojej dziedzinie, ale w momencie, gdy próbujesz zastosować obie jednocześnie, wszystko się sypie.
To jak mieć dwóch przyjaciół, którzy są świetni osobno, ale zamieniają się w kompletną katastrofę, gdy znajdą się w tym samym pokoju.
Co właściwie zrobili ci naukowcy?
Eksperyment, opublikowany w czasopiśmie Science Advances, był prowadzony przez badaczy z Uniwersytetu Ben-Guriona na Negewie, Uniwersytetu w Ulm i Uniwersytetu Oksfordzkiego – w tym przez legendarnego Rogera Penrose’a, który dosłownie zdobył Nagrodę Nobla za swoje prace z fizyki.
Zbudowali coś, co nazywa się Interferometrem Galileusza Kwantowego. Wiem, wiem – to dużo skomplikowanych słów. Ale oto prosta wersja:
Wzięli chmury atomów rubidu (bardzo zimne, prawie do zera bezwzględnego) i rozszczepili falę kwantową każdego atomu na dwie osobne ścieżki. Jedna ścieżka pozostała w miejscu, utrzymywana przez precyzyjnie kontrolowane pola magnetyczne. Drugiej ścieżce pozwolono swobodnie spadać, jak piłce rzuconej w powietrze.
Następnie – i tu jest najciekawsza część – połączyli te dwie ścieżki z powrotem i obserwowali, jak fale interferują ze sobą.
Wyobraź sobie, że wrzucasz dwa kamyki do stawu w nieco różnych momentach i obserwujesz, jak fale się ze sobą oddziałują. Różnica w tych falach mówi ci coś o tym, co przydarzyło się każdemu kamykowi podczas jego małej podróży.
Zasada równoważności zyskuje kwantowy upgrade
Tutaj do gry wraca Einstein.
Zasada równoważności Einsteina jest jednym z fundamentów jego teorii grawitacji. Podstawowa idea jest pięknie prosta: grawitacja i przyspieszenie są nierozróżnialne. Jeśli jesteś w zam