Postkvantová teorie klasické gravitace smiřuje Einsteina s kvanty

Obecná relativita a kvantová mechanika jsou stále jako voda a oheň. Britský fyzik Jonathan Oppenheim s kolegy se snaží nesmiřitelné teorie spojit nikoliv krocením časoprostoru, jak je obvyklé, ale krocením kvantových podivností. Stačí extrémně přesně sledovat hmotnost vhodných objektů a budeme mít jasno.

Pozoruhodný obrázek symbolicky znázorňuje koncept zmíněného experimentu. Měsíc představuje masivní částici, například C60 nebo atom zlata, který vyvolává kvantový efekt, vyobrazený jako interferenci. Zavěšená kyvadla symbolizují měření časoprostoru. Kredit: Isaac Young / ULC.

Fyzika už dlouho skřípe ve švech kvůli nesmiřitelným povahám Einsteinovy obecné relativity a kvantové mechaniky. Oba koncepty jsou skvělé, ve svých říších šlapou jako hodinky, ale zarytě odolávají vzájemnému sblížení. Pokusů překonat jejich antipatii se již odehrála celá řada, v podstatě bez výsledku. Je to už nesnesitelné, takže fyzici přicházejí s radikálními hypotézami.

Jonathan Oppenheim. Kredit: J. Oppenheim / Twitter.

Jonathan Oppenheim z britské University College London (UCL) a jeho spolupracovníci před časem navrhli nepochybně radikální teorii, která smiřuje Einsteina s kvantovou mechanikou jinak, než je obvyklé. Fyzici se totiž doposud obvykle snažili „zpacifikovat“ obecnou relativitu, kvantifikovat ji, aby se srovnala s kvantovou mechanikou. Jinými slovy, vytvářejí různé teorie kvantové gravitace.

Oppenheim a spol. na to jdou z opačného konce. Časoprostor prohlásili za klasický, tedy, že je podle nich „v pořádku“ a není ovládaný kvantovou mechanikou. Namísto modifikací časoprostoru modifikovali kvantovou teorii a vznikla postkvantová teorie klasické gravitace.

Symbolické vyjádření experimentu, který ověřuje, zda je časoprostor klasický. Kredit: Isaac Young / ULC.

Vyplývá z ní mimo jiné, že časoprostor podléhá náhodným a dramatickým fluktuacím, které jsou větší, než s jakými počítá kvantová mechanika. Díky těmto fluktuacím by se měla při dostatečně, tj. velice přesném měření nepatrně měnit zdánlivá hmotnost objektů.

Taková předpověď je dost jednoznačná na to, aby mohla být otestována experimentem. Výsledek tohoto experimentu anebo jiný důkaz, který by potvrdil kvantovou či naopak klasickou povahu časoprostoru, by měl rozhodnout sázku mezi Oppenheimem a předními zastánci kvantové teorie gravitace, které zastupuje Carlo Rovelli za kvantovou smyčkovou gravitaci a Geoff Penington za struny.

Oppenheimův kolega Sougato Bose se domnívá, že testování povahy časoprostoru dá sice zabrat, ale v podstatě je v našich možnostech. Odpověď bychom podle něj mohli mít do 20 let. Význam takového úsilí je každopádně mimořádný. Přiblíží nás k pochopení základů celé fyziky.

Koncept navrhovaného experimentu je v podstatě jednoduchý. Stačí určit, jestli je hmotnost měřeného objektu konstantní. Je to ale zrádné, protože jde o měření hmotnosti s extrémní přesností. V tomto experimentu se bude hrát o duši kvantové mechaniky. Pokud se totiž ukáže, že platí postkvantová gravitace, neutralizovalo by to třeba problém s kvantovým měřením nebo informační paradox černých děr. Postkvantová gravitace totiž nemá problém se zničením informace v černé díře. Uspěje tam, kde jiné teorie selhaly?

Video: A Bet Against Quantum Gravity