Så her er noe vilt å tenke på.
Forestill deg dette: Du holder et atom – ett enkelt, lite atom – og du gjør noe som får det til å eksistere på to steder samtidig. Det er kvantesuperposisjon, og det er en av de tingene som høres helt sprøtt ut, helt til du husker at atomer faktisk gjør dette hele tiden når du ikke ser etter.
Nå slipper du det.
Hva skjer?
Det er akkurat det et team av fysikere nettopp testet, og ærlig talt? Svaret de fant, er både innlysende og absolutt fascinerende på samme tid.
De to konge av fysikken (som ikke kommer overens)
La meg forklare hvorfor dette eksperimentet er viktig, fordi det involverer to av de største sakene innen hele vitenskapen som ikke leker pent sammen.
På den ene siden har du kvantemekanikken – teorien som forklarer hvordan atomer og små partikler oppfører seg. Den er rart, den er kontraintuitiv, og den fungerer vakkert. Partikler kan være i flere tilstander samtidig. De kan tunnelere gjennom vegger. De kan være koblet sammen på måter som gjør Einstein selv utrygg (han kalte det berømt for «spøkelsesaktig handling på avstand»).
På den andre siden har du Einsteins tyngdekraftsteori – den generelle relativitetsteorien. Dette er teorien som forklarer hvorfor ting faller, hvordan planeter går i bane, og hvorfor tiden beveger seg forskjellig avhengig av hvor fort du beveger deg eller hvor nær du er et massivt objekt. Den er elegant, den har blitt bevist riktig utallige ganger, og den beskriver universet på kosmisk skala.
Her er problemet: disse to teoriene hater hverandre.
Jeg mener, de hater ikke bokstavelig talt hverandre – det er dumt – men fysikere har brukt nesten et århundre på å prøve å kombinere dem til én enhetlig teori, og ingen har klart det ennå. De fungerer perfekt hver for seg i sine egne domener, men i det øyeblikket du prøver å anvende begge samtidig, bryter ting sammen.
Det er som å ha to venner som begge er flotte hver for seg, men som blir en komplett katastrofe når de er i samme rom sammen.
Så hva gjorde egentlig disse forskerne?
Eksperimentet, publisert i Science Advances, ble ledet av forskere fra Ben-Gurion University of the Negev, Universitetet i Ulm og Universitetet i Oxford – inkludert den legendariske Roger Penrose, som faktisk har vunnet en Nobelpris for sitt arbeid innen fysikk.
Det de bygde, var noe som kalles et kvante-Galileo-interferometer. Jeg vet, jeg vet – det er mye fancy ord. Men her er den enkle versjonen:
De tok skyer av rubidiumatomer (superkalde, nesten til det absolutte nullpunkt) og delte hver atoms kvantebølge i to separate baner. Den ene banen ble værende på plass, holdt fast av nøye kontrollerte magnetfelt. Den andre banen fikk falle fritt, som en ball du har kastet opp i luften.
Så – her er den kule delen – de bragte de to banene tilbake sammen og så på hvordan bølgene interfererte med hverandre.
Tenk på det som å slippe to steiner i et damvann på litt ulike tidspunkter og se hvordan ringene interagerer. Forskjellen i disse ringene forteller deg noe om hva som skjedde med hver stein under dens lille reise.
Ekvivalensprinsippet får en kvanteoppgradering
Nå, her kommer Einstein tilbake i bildet.
Einsteins ekvivalensprinsipp er en av grunnsteinene i hans tyngdekraftsteori. Den grunnleggende ideen er vakkert enkel: tyngdekraft og akselerasjon er umulige å skille fra hverandre. Hvis du er i et lukket rom, kan du ikke si om du føler vekt fordi du står på Jorden eller fordi rommet akselereres gjennom rommet. En person i fritt fall føler seg vektlos, uavhengig av massen sin.
Dette prinsippet har blitt testet om og om igjen med normale, hverdagslige objekter, og det har