Ейнштейн не любив це явище: атоми існують у двох місцях одночасно, довели фізики

Уперше фізики з Австралії та США експериментально підтвердили квантову заплутаність імпульсу атомів. Для цього використовувалися сильно охолоджені атоми гелію. Оскільки атоми мають масу, це відкриття відкриває шлях до вивчення гравітаційних ефектів у квантовій фізиці. Потенційно це відкриття може стати важливим кроком уперед до створення так званої теорії всього, яка має примирити дві теорії, що не працюють разом: квантову механіку і загальну теорію відносності Ейнштейна, пише Фокус.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Зараз для опису Всесвіту на макрорівні фізики використовують загальну теорію відносності або головну теорію гравітації. Для опису Всесвіту на мікрорівні, тобто на рівні субатомних частинок використовується квантова механіка. Але для повного опису Всесвіту на всіх рівнях потрібна так звана теорія всього. Проблема в тому, що теорія відносності Ейнштейна і квантова механіка не узгоджуються між собою.

Одна з головних проблем пов'язана з гравітацією. Згідно з теорією Ейнштейна, гравітація є ефектом, що виникає через викривлення простору-часу, але квантова механіка припускає, що гравітація — це сила, і її переносником є гіпотетична частинка гравітон. Тепер результати нового експерименту дають надію на те, що можна зробити так, щоб дві теорії працювали разом і вийшла теорія всього.

Фізики вперше експериментально підтвердили, що імпульс атомів може бути квантово заплутаним. Квантова заплутаність — це явище, за якого дві частинки навіть на величезній відстані мають зв'язок між собою і можуть перебувати в стані суперпозиції, тобто одночасно у двох місцях. Ейнштейн називав квантову заплутаність "моторошною дією на відстані" і не любив це явище.

Це перше підтвердження квантової заплутаності імпульсів атомів, яке має вирішальне значення для об'єднання теорії гравітації та квантової механіки. Річ у тім, що раніше фізики спостерігали квантову заплутаність фотонів, а ці частинки не мають маси. Атоми мають масу і, таким чином, можуть надати вченим можливість вивчати квантові ефекти і гравітацію в одному експерименті.

Для експерименту фізики використовували три хмари дуже холодних атомів гелію, підвішених у магнітній пастці. Після вимкнення магнітів атоми під дією гравітації падали донизу і проходили через серію лазерних променів, що створювали різні траєкторії, за якими атоми могли рухатися з однаковою ймовірністю.

За словами фізиків, вони довели, що якщо два атоми перебувають на відстані, коли змінюється властивість одного з них, то миттєво змінюється й інший атом. Існування різних варіантів руху атомів створює квантову заплутаність, і хоча різні пари атомів йдуть різними траєкторіями, опиняючись у різних місцях, вони пов'язані між собою.

Отриманий результат підтверджує теорії квантової механіки, які припускали, що матерія може перебувати в кількох місцях одночасно і взаємодіяти сама з собою, навіть на великих відстанях.

Учені кажуть, що атоми, які рухаються різними траєкторіями в просторі, можуть відчувати різні гравітаційні ефекти. Але квантова механіка каже, що атоми можуть рухатися кількома траєкторіями одночасно.

Демонстрація квантової заплутаності з атомами, тобто з матерією, що відчуває гравітацію, відкриває шлях до вивчення основ теорії всього, яка могла б охоплювати ефекти як квантової механіки, так і загальної теорії відносності Ейнштейна.

Як уже писав Фокус, фізики виявили те, що може рухатися швидше за світло.

Також Фокус писав про те, що астронавти NASA почули моторошні звуки на зворотному боці Місяця.

Під час написання матеріалу використано джерела: Nature Communications, Popular Mechanics.