(CC/Pixabay) Eine Idee für ein Experiment, das die hartnäckigen Bereiche der Quantenmechanik und der Quantenmechanik vereinen könnte generelle Relativität wurde von zwei Gruppen britischer Physiker zu neuem Leben erweckt.
Die Tatsache, dass die Quantentheorie nicht gut mit der Schwerkraft zusammenspielt, ist ein gewaltiger Stolperstein in der Physik, der einigen der größten Köpfe der Wissenschaft lange Zeit entgangen ist.
Quantenmechanik ist die Modellierung diskreter Teilchen als Wahrscheinlichkeiten, die erst dann wirklich existieren, wenn wir eine Messung auf den Punkt gebracht haben. Nicht, dass die Quantenphysik vage wäre – ein Jahrhundert voller Tests hat sie zu einer der robustesten Theorien der Wissenschaft gemacht.
Neben der Quantenmechanik gibt es die Allgemeine Relativitätstheorie , was die Masse beschreibt, die auf ein kontinuierliches, nahtloses Gefüge aus Raum und Zeit einwirkt, um uns Schwerkraft zu verleihen. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist auch eine der zuverlässigsten Theorien, die wir in der Wissenschaft haben, und ermöglicht es uns, die Bewegungen von Objekten im großen Maßstab punktgenau vorherzusagen.
Doch trotz ihres jeweiligen Erfolgs bei der Beschreibung des Universums sind die beiden Theorien unzufrieden hasse einander aus tiefstem Herzen .
Erschwerend kommt hinzu, dass die Erforschung der Schwerkraft auf atomarer Ebene eine äußerst schwierige Kraft ist.
„Ein gewaltiges Problem ist die immense Schwäche der Gravitationswechselwirkung im Vergleich zu anderen fundamentalen Kräften in der Natur“, sagt Sougato Bose, Physiker von der University of Central London (UCL). erklärt Physikwelt .
„Sogar die elektrostatische Kraft zwischen zwei Elektronen übertrifft die Gravitationskraft zwischen zwei Kilogramm Massen um mehrere Größenordnungen.“
Um eine Art Gemeinsamkeit herzustellen, renommierter amerikanischer Physiker Richard Feynman entwickelte bereits 1957 einen experimentellen Entwurf.
Er stellte sich eine kleine Masse vor, die als Wahrscheinlichkeit existierte – oder Überlagerung – zwischen zwei Orten. Wird die Masse in ein Gravitationsfeld gebracht, sollte sie mit den Quanteneigenschaften der Schwerkraft in einem sogenannten Phänomen verknüpft sein Verstrickung .
Um herauszufinden, ob das Feld wirklich quantisiert war, schlug Feynman vor, vor der Messung seiner „realen“ Position nach Anzeichen von Interferenzen zwischen den beiden möglichen Standorten zu suchen.
Wenn diese beiden möglichen Positionen miteinander interferieren würden, bevor sie sich aus dem Feld lösen, hätte die Schwerkraft eine Quantennatur, die untersucht werden könnte.
Zumindest ist das die Idee.
Laut den Autoren zweier neuer Arbeiten lässt die Tatsache, dass ein Teilchen in einer Überlagerung immer noch mit sich selbst interferieren könnte – sogar innerhalb eines klassischen, kontinuierlichen Gravitationsfeldes – viel Raum für Zweifel.
Aber jetzt schlagen sie einen etwas anderen Ansatz für das Experiment vor, der einige der Mängel des Tests beheben und vielleicht eines der größten Probleme der modernen Wissenschaft lösen könnte.
Ein Physikerduo der Universität Oxford hat den Beweis erbracht, dass zwei beliebige Quantensysteme durch ein drittes System verschränkt werden können, allerdings nur, wenn auch dieses quantisiert ist.
Dies eröffnet praktischerweise die Möglichkeit, ein Massenpaar – jeweils in Überlagerung – separat zu koppeln, indem es mit einer Quantenversion eines Gravitationsfelds verschränkt wird. Wenn die Schwerkraft nicht quantenbehaftet ist, dann gibt es keine Verstrickung .
Basierend auf diesem Prinzip schlug ein zweites Team des UCL Einzelheiten eines tatsächlichen Experiments vor, das einen hypothetischen „Quantengravitationsmediator“ verwenden könnte, um den Spin der beiden getrennten Massen zu verschränken.
Ein solches Experiment wäre nicht ohne praktische Herausforderungen – der überwältigende Stoß und Zug elektromagnetischer Kräfte könnte ausreichen, um die Verschränkung zu vermitteln und alle möglichen Auswirkungen der Quantengravitation auszulöschen.
Aber es ist einen Versuch wert, wenn man bedenkt, wie groß die potenzielle Belohnung sein könnte. Hoffen wir, dass wir nicht weitere 60 Jahre warten müssen, um zu sehen, wie sich Feynmans Experiment entwickelt.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung Hier Und Hier .