Ключов принцип на Айнщайн оцеля след квантов тест

Принципът на еквивалентността на гравитацията и ускорението е в сила дори за атоми в суперпозиция (наслагване) на енергийните им състояния. Този принцип - една от основните постановки в теорията на Айнщайн за гравитацията - оцеля в квантов тест, съобщава Science News

Резултатите са публикувани онлайн в arXiv.org.

В Общата теория на относителността - гравитацията и ускорението са две страни на една и съща монета. Според принципа на еквивалентността, гравитационната маса на даден обект, която определя силата на притегляне на гравитацията, е еквивалентна на неговата инертната маса, която определя колко се ускорява обектът, когато му се даде тласък. В резултат на това два обекта, пуснати над повърхността на Земята трябва да се ускорят с една и съща скорост (пренебрегваме въздушното съпротивление), дори ако имат различни маси или са изработени от различни материали.

Инерциална система	Ускорена нагоре система	Окачена в гравитационно поле система	Свободно падаща система

^{Според принципа на еквивалентността е невъзможно да се определи дали една система е в гравитационно поле или се ускорява с постоянно ускорение.}

Един от първите известни тестове на принципа на еквивалентността - преди да се постави в рамките на Общата теория на относителността - е прочутият експеримент на Галилей, в който той пуска тежести от наклонената кула в Пиза. Учените са адаптирани от този тест за малки мащаби, заменяйки тежестите с атоми. В новото изследване физиците​ поставят атомите​ в квантовата суперпозиция, един вид състояние на неопределеност, в които един атом няма​ определена енергия, а заема комбинация от две енергийни нива.

Манипулирайки рубидиеви атоми с лазери, учените​, водени от изследователи от Италия дават възходящ тласък на атомите и наблюдават как гравитацията ги дърпа надолу. За да сравняват ускоряването на нормални атоми с тези в суперпозиция, учените разделят атомите на два облака, като поставят в единия облак атомите в суперпозиция и измерват колко силно си взаимодействат облаците. Тези облаци от атоми се държат като вълни и интерферират подобно на интерференцията на водните​ вълни. Получените вълни зависят от гравитационното ускорение усетено от атомите.

След това учените сравняват резултатите от този тест с друг, при който и двата облака са при нормални условия на енергийно състояние. Гравитацията, заключават изследователите , въздействат на атомите в суперпозиция със същата сила като на другите - най-малко до нивото на чувствителност, което учените са успели да постигнат - 5 към 100 милиона.

Квантовите тестове на принципа на еквивалентност изследват тъмната сфера, където се срещат квантовата механика и Общата теория на относителността. Двете теории не се стиковат добре една с друга. Учените в момента се борят, за да се съгласуват в единна теория на квантовата гравитация, още повече, че някои други кандидат-теории прогнозират, че принципът на еквивалентност не важи на квантово ниво.

Тестът "е нов начин се изправи гравитацията срещу квантовата физика", заяви теоретични​ят физик Робърт Ман (Robert Mann) от Университета на Ватерло в Канада. "Всеки път, когато успеем да го направим, научаваме по нещо за това, как да се съберат гравитацията с квантовата физика", дори ако тестът не намира нарушение,коментира той.

Учените и преди това са тествали принципа на еквивалентност при атомите, сравнявайки гравитационните  ефекти спрямо различни видове атоми. Тъй като тези тестове се занимават с миниатюрни частици, те също изследват неясната територия между квантовата физика и Общата теория на относителността. Но новият тест е първият, който изучава суперпозицията, едно от най-странните свойства в квантовата механика.

"Това е една красива демонстрация на гъвкавостта на тези квантови тестове", коментира физикът Ернст Разел (Ernst Rasel) от Университета Лайбниц в Хановер, Германия.

Още по темата

11/03/2016

Космос

Скоростта на въртене на свръхмасивна черна дупка се съгласува с Общата теория на относителността

07/03/2015

Физика

Обща теория на относителността