Вот о чём стоит задуматься.
Представьте: вы держите атом — один-единственный крошечный атом — и делаете так, чтобы он одновременно находился в двух местах. Это квантовая суперпозиция, и это одна из тех вещей, которые звучат совершенно безумно, пока вы не вспомните, что атомы постоянно так делают, когда на них никто не смотрит.
Теперь отпустите его.
Что произойдёт?
Именно это недавно проверила группа физиков, и, честно говоря? Ответ, который они получили, одновременно очевиден и абсолютно захватывающ.
Два короля физики (которые не ладят)
Давайте разберёмся, почему этот эксперимент важен, ведь в нём участвуют две самые значимые теории в науке, которые не могут ужиться вместе.
С одной стороны, у нас есть квантовая механика — теория, объясняющая поведение атомов и микрочастиц. Она странная, контринтуитивная и прекрасно работает. Частицы могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Они могут туннелировать сквозь стены. Они могут быть связаны способами, которые вызывали дискомфорт даже у Эйнштейна (он знаменито назвал это «жутким дальнодействием»).
С другой стороны, у нас есть теория гравитации Эйнштейна — общая теория относительности. Это теория, объясняющая, почему предметы падают, как вращаются планеты и почему время течёт по-разному в зависимости от скорости движения или близости к массивному объекту. Она элегантна, многократно подтверждена и описывает Вселенную в космических масштабах.
Вот в чём проблема: эти две теории ненавидят друг друга.
Я имею в виду, они не буквально ненавидят друг друга — это глупо, — но физики почти столетие пытаются объединить их в единую теорию, и никому это пока не удалось. Каждая из них идеально работает в своей области, но стоит попытаться применить обе одновременно, как всё рушится.
Это похоже на двух друзей, которые по отдельности великолепны, но превращаются в полную катастрофу, когда оказываются в одной комнате.
Что же на самом деле сделали эти учёные?
Эксперимент, опубликованный в журнале Science Advances, был проведён исследователями из Университета Бен-Гуриона в Негеве, Университета Ульма и Оксфордского университета — в том числе легендарным Роджером Пенроузом, который буквально получил Нобелевскую премию за свои работы в физике.
Они создали устройство под названием квантовый интерферометр Галилея. Знаю, знаю — это много умных слов. Но вот простая версия:
Они взяли облака атомов рубидия (сверххолодные, почти при абсолютном нуле) и разделили квантовую волну каждого атома на два отдельных пути. Один путь оставался на месте, удерживаемый тщательно контролируемыми магнитными полями. Другому пути позволяли свободно падать, как мячу, брошенному вверх.
Затем — и вот здесь самое интересное — они свели эти два пути обратно и наблюдали, как волны интерферируют друг с другом.
Представьте, что вы бросаете два камешка в пруд в немного разное время и наблюдаете, как взаимодействуют круги на воде. Разница в этих ряби даёт информацию о том, что происходило с каждым камешком во время его маленького путешествия.
Принцип эквивалентности получает квантовое обновление
И вот тут снова появляется Эйнштейн.
Принцип эквивалентности Эйнштейна — один из фундаментов его теории гравитации. Основная идея красиво проста: гравитация и ускорение неразличимы. Если вы находитесь в закрытой комнате, вы не можете определить, ощущаете ли вы вес потому, что стоите на Земле, или потому, что комната ускоряется в космосе. Человек в свободном падении чувствует невесомость независимо от своей массы.
Этот принцип многократно проверялся на обычных, повседневных объектах, и он всегда выдерживал проверку.
Но вот вопрос, который задавали эти учёные: работает ли он, когда ваш «объект» вообще не находится в одном месте? Когда это квантовая волна, существующая в суперпозиции и следующая по