Wśród fizyków teoretycznych dominuje pogląd, że grawitacja podobnie do trzech pozostałych oddziaływań podstawowych – elektromagnetyzmu, oddziaływania słabego oraz oddziaływania silnego – może zostać opisana w sposób zgodny z regułami mechaniki kwantowej. Nie zdobyliśmy jednak jak dotąd empirycznego dowodu, świadczącego, że grawitacja rzeczywiście skrywa kwantowy charakter.
Nowy pomysł na przetestowanie tej idei przedstawił ostatnio zespół Ludovico Lamiego z Uniwersytetu w Amsterdamie. Pod pewnymi względami stanowi on nawiązanie do klasycznego eksperymentu Cavendisha. Brytyjski uczony pod koniec XVIII opracował doświadczenie wykorzystujące wagę skręceń, dzięki czemu po raz pierwszy w dziejach wyznaczył stałą grawitacji. Współcześni fizycy chcą użyć w podobnym charakterze dwóch swobodnych wahadełek w kształcie miniaturowych hantli.
Wahadła z ciężarkami o masie niecałego grama na obu krańcach miałyby poruszać się w tył i w przód, zamknięte w izolowanym pojemniku. Komorę przedzielałby specjalny ekran tłumiący potencjalne interakcje elektromagnetyczne i zapewniający, że wahadła będą na siebie wpływać wyłącznie za pośrednictwem grawitacji. Oczywiście oddziaływanie grawitacyjne w tej skali jest ekstremalnie słabe i trudne do zmierzenia. Do uchwycenia delikatnych zmian w oscylacjach wykorzystane zostaną lasery i złożony system zwierciadeł oraz wnęk optycznych.
Celem badaczy jest sprawdzenie, czy ewolucja takiego układu naruszałaby jeden z mechanizmów opisanych w kwantowej teorii informacji, jako nierówność LOCC (ang. Local Operations and Classical Communication). Ma to być alternatywa dla szukania śladów splątania kwantowego między polami grawitacyjnymi – co leży poza zasięgiem współczesnej technologii. Jednak mimo, że w tym przypadku nie dojdzie do fizycznego splątania wahadeł, powstanie jego namiastka “w precyzyjnym, matematycznym sensie”. “Wystarczy, że splątanie mogłoby powstać” – twierdzi Lami. Główny autor pomysłu tłumaczy sprawę w następujący sposób:
Należy o tym myśleć podobnie, jak o nierównoścach Bella. Tak, jak obserwacja korelacji naruszających nierówność Bella obala lokalne modele zmiennych ukrytych, tak naruszenie nierówności LOCC w naszym eksperymencie obala model LOCC dla podstawowej dynamiki [newtonowskiej]. (…) Czy zapewnia to realną drogę do eksperymentu mogącego udowodnić nieklasyczność grawitacji? Być może, ale przed nami jeszcze wiele eksperymentalnych wyzwań.
Ludovico Lami
Rzecz jest szalenie skomplikowana, ale sprowadza się do tego, że jeżeli pole grawitacyjne ma naturę kwantową, wahadełka będą na siebie wpływały nieco inaczej, niż opisuje to teoria w wydaniu klasycznym. Ale znów: przebieg opisywanego doświadczenia może zostać zakłócony na mnóstwo sposobów, dlatego już teraz wiadomo, że pomiary będą wymagały niebywałej precyzji i wielokrotnych powtórzeń.
Eksperyment został opisany w artykule Testing the Quantumness of Gravity without Entanglement na łamach Physical Review X. O pomyśle poinformował również Uniwersytet w Amsterdamie, ale obawiam się, że tamtejsza notka wyjaśnia równie niewiele, co powyższa. Jeżeli chcielibyście dowiedzieć się czegoś więcej na temat LOCC – dajcie znać, a spróbuję dopytać o sprawę samego Ludovico Lamiego.
