Новый эксперимент, включающий сеть запутанных атомных часов, может, наконец, помочь нам проверить, как квантовая механика соответствует общей относительности.
Квантовая механика – это наше лучшее понимание вселенной в атомных и субатомных масштабах. С этим мы произвели революцию в нашем понимании физики на крошечных шкалах. Общая относительность – впервые изложено Альбертом Эйнштейном в 1915 году – между тем, является нашим лучшим пониманием гравитации. Согласно теории, которая до сих пор прошла каждый тест, который мы бросили, гравитация – это не сила, а результат кривизны пространства -времени вокруг материи.
Но вот кикер; Эти двое не играют хорошо вместе.
«Квантовая физика опирается на две простые идеи: частицы точек не имеют смысла; и принцип неопределенности Гейзенберга, который утверждает, что никогда не можно знать ценность определенных пар величин с абсолютной точностью – например, положение и скорость частицы. Это потому, что частицы не следует думать как точки, но как волны; в епископском университете, и Андреа Джусти, постдокторский стипендиат в Цюрихе Швейцарского федерального института технологий, объясните в статье для РазговорПолем
«Этого достаточно, чтобы понять, что теория, которая охватывает как общую относительность, так и квантовую физику, должна быть свободна от таких патологий. Однако все попытки смешать общую относительность и квантовую физику обязательно вводить отклонения от теории Эйнштейна».
К ним относятся математические несоответствия, которые не имеют физического смысла и, вероятно, говорят нам о нашем понимании гравитационных или квантовых механиков, необходимого уточнения.
Проверка точно, как кривизна пространства -времени влияет на квантовую механику, может помочь нам объединить две теории. Но проектирование такого эксперимента неприятная, в первую очередь из -за того, насколько слабая гравитация является силой по сравнению с тремя другими фундаментальными силами.
«Квантовые гравитационные эффекты широко считались недоступными в результате эксперимента, поскольку для того, чтобы сделать их сравнительно большими, требуется чрезвычайно высокая плотность энергии, как другие квантовые эффекты», Германский теоретический физик Сабина Хоссенфельдер объясняет на ее сайтеПолем
«Этот аргумент, однако, пренебрегает тем, что квантовые эффекты гравитации также могут стать актуальными для массивных объектов в квантовых суперпозициях. Как только мы сможем измерить гравитационное притяжение объекта, который находится в суперпозиции из двух разных мест, мы можем определить, находится ли гравитационное поле и в квантовой суперпозиции».
В новой статье от Игоря Пиковски в Институте технологий Стивенса Джейкоб Кови из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Йоханнес Боррегаард в Гарвардском университете, команда предлагает, как мы сможем проверить, как гравитация и квантовый мир играют друг с другом.
«Взаимодействие между квантовой теорией и гравитацией является одной из самых сложных проблем в физике сегодня, но также увлекательно», – объяснил Пиковски в заявлениеПолем «Квантовые сети помогут нам впервые протестировать это взаимодействие в реальных экспериментах».
Идея состоит в том, чтобы использовать запутанные атомные часы, расположенные на расстоянии километра друг от друга. В то время как они находятся в суперпозиции, часы будут испытывать разные временные потоки (результат пребывания в разных положениях по сравнению с гравитационным полем Земли), что может позволить нам первое представление о том, как квантовая механика и изогнутое пространство совместно работают.
«Наш протокол основан на двух недавних технологиях – оптических атомных часах и квантовых сетях – которые разрабатываются для распределения квантовых запутывания на большие расстояния», – объясняет команда в своей статье.
«Мы показываем, что можно делокализовать один оптический атомный часы в трех местах с разделением в километрах, основанном на использовании квантовых сетевых узлов, состоящих из массивов атомов. Каждая пара узлов может разделять запутанные пары колокольчиков по требованию. Эволюция часовых позов. Наблюдайте за интерференцией трех узлов между всеми три раза, выявляя, как квантовые помехи, дилатация времени и кривизна пространства все переплетаются ».
Хотя в настоящее время это всего лишь предложение, проведение эксперимента может стать огромным шагом к объединению квантовой механики и общей теории относительности. Мы в основном не знаем, как это сделать, поэтому результаты, если эксперимент будет проведен, были бы огромным благом для физики.
«Мы предполагаем, что квантовая теория сохраняется везде – но мы действительно не знаем, правда ли это», – добавил Пиковски. «Может быть, гравитация изменяет то, как работает квантовая механика. Фактически, некоторые теории предполагают такие модификации, и квантовая технология сможет это проверить».
Документ опубликован в Prx QuantumПолем
2025-07-26 20:30:00
1753562456
#Теория #всего #запутанный #эксперимент #по #атомным #часам #может #наконец #дать #подсказки
Продолжение темы
