Kai kvantinė mechanika susikerta su bendrąja reliatyvumo teorija (12)
Kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo teorijos sujungimas išlieka vienu įdomiausių ir daugiausia diskusijų keliančių moderniosios fizikos klausimų. Einšteino sugalvota bendroji reliatyvumo teorija sieja gravitaciją, erdvę ir laiką, todėl leidžia numatyti tai, kas tampa akivaizdu stebint kosminio masto objektus – žvaigždes ir galaktikas.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Tuo tarpu kvantiniai reiškiniai yra lengvai pažeidžiami ir paprastai aptinkami nagrinėjant mikropasaulį, pavyzdžiui, pavienes daleles ar atomus. Dėl milžiniško tokių pasaulių mastelio skirtumo itin sudėtinga tyrinėti abiejų teorijų sąveiką. Tačiau visai neseniai Vienos universiteto (Austrija) profesoriaus Kazlavo Bruknerio (Caslav Brukner) vadovaujama fizikų komanda pasiūlė naujovišką eksperimentą, kuris leistų pagvildenti šių teorijų sandūrą. Mokslininkų darbo, publikuojamo prestižiniame „Nature Communications“ žurnale, tikslas yra nustatyti bendrąja reliatyvumo teorija pagrįsto laiko santykį su kvantiniu pasauliu.
Viena labiausiai natūralią žmogaus intuiciją gluminančių išvadų, išplaukiančių iš bendrosios reliatyvumo teorijos, yra tai, jog gravitacija sujaukia laiko tekėjimą. Einšteinas numatė, kad laikrodžiai masyvių objektų aplinkoje tiksi lėčiau. Tiksėjimas ima spartėti pradėjus nuo tokios aplinkos tolti. Šis reiškinys lemia vadinamąjį dvynių paradoksą: jeigu vienas iš dvynių nutaria persikelti gyventi aukštai į kalnus, o kitas lieka jūros lygyje, tuomet pastarasis sens lėčiau. Tokio reiškinio egzistavimą itin dideliu tikslumu pavyko patvirtinti atlikus klasikinius eksperimentus. Naujai pasiūlyto eksperimento tikslas – pabandyti įpinti kvantinius efektus.
Vienos universiteto fizikų komanda nori pasinaudoti tuo, kad pavienė kvantinė dalelė gali prarasti savo klasikinę savybę būti tiksliai apibrėžtoje vietoje. Kalbant kvantinės mechanikos kalba, tai reikštų, jog dalelė yra superpozicijoje. Šis reiškinys leidžia susidaryti banginės prigimties efektams, pavyzdžiui, interferencijai, turint vos vieną dalelę. Tačiau jeigu dalelės buvimo vieta yra nustatoma arba jeigu ją galima nustatyti teoriškai, tuomet superpoziciją reiktų pamiršti. Kitaip tariant, vienu metu neįmanoma stebėti interferencijos ir žinoti tikslios dalelės buvimo vietos. Toks informacijos ir interferencijos tarpusavio ryšys yra puikus kvantinio papildomumo, kurio koncepciją pasiūlė žymusis Nilsas Boras, pavyzdys. Dabar „Nature Communications“ pasirodžiusiame straipsnyje tyrėjai šį principą bando suderinti su bendrosios reliatyvumo teorijos aprašytu dvynių paradoksu.
Vienos universiteto mokslininkų komanda nagrinėja pavienį laikrodį (bet kokią dalelę su kintančia vidinių laisvės laipsnių sistema, pavyzdžiui, sukiniu), kuris yra dviejų vietovių superpozicijoje – viena iš jų yra arčiau, o kita toliau nuo Žemės paviršiaus. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją, šiose vietovėse laikrodžiai eina skirtinga sparta (visai kaip aptartuoju dvynių atveju). Bet kadangi laikrodžiu matuojamas laikas atskleidžia informaciją apie paties laikrodžio buvimo vietą, interferencija ir bangiškoji laikrodžio prigimtis prarandama. „Tai dvynių paradoksas, skirtas „vienintelio dvynio“ kvantiniam pasauliui, – pasakoja pagrindinė straipsnio autorė Magdalena Zich (Magdalena Zych). – Jam paaiškinti reikia tiek bendrosios reliatyvumo teorijos, tiek kvantinės mechanikos. Tokia šių teorijų sandūra dar niekada nebuvo tyrinėta eksperimentuose“.
