Физики объединили несовместимые теории — квантовую механику и гравитацию
Logo
Cover

Теории квантовой механики и гравитации известны своей несовместимостью, несмотря на все усилия физиков за последние 50 лет. Лишь недавно международная команда смогла объединить ключевые элементы этих двух теорий.

Согласно общей теории относительности, близость массивных объектов замедляет поток времени. Это значит, что часы, помещенные рядом с таким объектом, будут идти медленнее, чем те, которые расположены вдали от него. Однако законы квантовой теории позволяют любому объекту находиться в состоянии суперпозиции. Состояние суперпозиции двух точек не то же самое, что расположение объекта в том или ином месте случайным образом — это другой способ существования объекта.

Один из открытых вопросов физики звучит так: что произойдет, когда объект, достаточно массивный для чтобы воздействовать на течение времени, будет помещен в квантовое состояние суперпозиции? Вопрос противоречивый.

Некоторые физики считают, что такой сценарий фундаментально невозможен. Другие создают целые теории, основанные на реальности такого предположения.

Группа ученых под руководством физиков из Венского университета и Академии наук Австрии задалась вопросом, что будут показывать часы, если на них воздействует массивный объект в состоянии квантовой суперпозиции? И смогли детально описать ответ, полагаясь только на школьную физику, пишет Phys.org.

Они установили, что когда массивный объект помещается в квантовую суперпозицию вблизи часов, их временной порядок может стать истинно квантовым, в противоположность любому классическому описанию.

Как замечает Каслав Брукнер, один из авторов работы, режим, при котором может возникнуть квантовый порядок времени, весьма далек от нашего повседневного опыта.

«Самый главный вывод из нашего исследования в том, что квантовый порядок времени вполне возможен, и что он проявляется в новых физических эффектах».

Для иллюстрации происходящего вообразите пару космических кораблей во время учений, описывает он. Им дали задание стрелять друг в друга в указанное время и немедленно запустить двигатели, чтобы уклониться от атаки. Если один из них выстрелит раньше положенного срока, он уничтожит другого, и тогда установится безошибочный временной порядок между двумя залпами. Если разместить достаточно массивный объект, скажем, планету, ближе к одному из кораблей, это замедлит для него ход времени. В результате другой корабль выстрелит раньше и не даст противнику уклониться.

Законы квантовой физики и гравитации предсказывают, что, манипулируя квантовой суперпозицией планеты, корабли могут оказаться в состоянии, когда каждый из них уничтожен. Такое состояние называется спутанным. Новое исследование показывает, что временной порядок между событиями может проявлять черты суперпозиции и запутанности — чисто квантовые состояния.

Выводы ученых могут помочь в формулировке корректной теории квантовой гравитации, а также пригодятся разработчикам квантовых компьютеров.

Недавно группа физиков из Японии и Аргентины пришла к выводу, что законы оптимальных квантовых вычислений зависят от гравитации. Это значит, что гравитация может оказаться полезной для идентификации наиболее эффективных вычислительных методов решения проблем.