새로운 작품은 중력의 “얼마나”를 밝힙니다

중력은 우리 일상생활의 일부입니다. 그러나 중력의 힘은 미스터리로 남아 있습니다. 오늘날까지 우리는 중력의 궁극적인 본질이 아인슈타인이 생각한 것처럼 기하학적인지, 아니면 양자 역학의 법칙에 의해 지배되는지 이해하지 못합니다.

지금까지 이 질문에 답하기 위한 모든 실험 제안은 무거운 질량과 거시적 질량 사이의 얽힘이라는 양자 현상을 만드는 데 의존해 왔습니다. 그러나 물체가 무거울수록 양자 특성이 더 많이 사라지고 “고전적”이 되는 경향이 있어 무거운 질량을 양자 입자처럼 행동하게 만드는 것이 매우 어렵습니다.

연구에서 출판됨 ~에 물리적 검토 이번 주 암스테르담과 울름의 연구자들은 이러한 문제를 우회하는 실험을 제안했습니다.

클래식인가, 양자인가?

양자역학과 중력물리학을 성공적으로 결합하는 것은 현대 과학의 주요 과제 중 하나입니다. 일반적으로 이 분야의 발전은 양자 및 중력 효과가 관련된 시스템에서 아직 실험을 수행할 수 없다는 사실로 인해 방해를 받습니다.

그리고 보다 근본적인 수준에서, 노벨상 수상자인 로저 펜로즈(Roger Penrose)가 말했듯이, 우리는 중력과 양자 역학의 결합 이론이 “중력의 양자화” 또는 “양자 중력”을 요구하는지 여부조차 알지 못합니다.

즉, 중력은 본질적으로 가능한 가장 작은 규모에서 특성이 결정되는 양자 힘입니까, 아니면 대규모 기하학적 설명으로 충분한 “고전적인” 힘입니까? 아니면 아직 뭔가 다른가요?

이러한 질문에 대답하기 위해서는 항상 양자 얽힘이 중심 역할을 하는 것처럼 보였습니다. “1957년 리처드 파인만이 처음 제기한 핵심 질문은 거대한 물체의 중력장이 여러 상태에 있을 수 있는 소위 양자 중첩에 들어갈 수 있는지를 이해하는 것입니다.”라고 수리물리학자인 루도비코 라미(Ludovico Lami)는 말합니다. 동시에 암스테르담 대학과 QuSoft에서.

“우리 연구 전에 이 문제를 실험적으로 해결하기 위한 주요 아이디어는 중력에 의해 유도된 얽힘, 즉 멀리 떨어져 있지만 연결된 질량이 양자 정보를 교환할 수 있는 방식을 찾는 것이었습니다. 이러한 얽힘의 존재는 중력장이 순전히 국소적이라는 가설을 반박합니다. 그리고 클래식.”

다른 각도

이전 제안의 주요 문제점은 지역화되지 않은 상태로 알려진 멀리 떨어져 있지만 관련이 있는 거대한 객체를 생성하는 것이 매우 어렵다는 것입니다. 지금까지 양자 비편재화가 관찰된 가장 무거운 물체는 중력장이 감지된 가장 작은 소스 질량(100mg 미만, 10억배 이상)보다 훨씬 가벼운 큰 입자입니다. 이로 인해 수십 년 동안 실험적 조사에 대한 희망이 사라졌습니다.

새로운 연구에서 Lammy와 암스테르담과 울름(흥미롭게도 아인슈타인이 태어난 곳)의 동료들은 이러한 난국에서 벗어날 수 있는 가능한 방법을 제시합니다. 그들은 얽힘을 일으키지 않고 중력의 양자를 밝혀내는 실험을 제안합니다.

Lamy는 “우리는 거대한 '고조파 진동자' 시스템과 관련된 일련의 실험을 설계하고 연구했습니다. 예를 들어 Cavendish가 1797년 유명한 실험에서 중력의 강도를 측정하기 위해 사용한 것과 같은 비틀림 진자를 설계하고 연구했습니다.”라고 Lamy는 설명합니다. “그는 지역적 고전 중력이 극복할 수 없는 양의 특정 경험주의 신호에 대해 수학적으로 엄격한 한계를 설정했습니다.

“우리 제안을 실제 실험에 구현하는 데 필요한 실험 요구 사항을 주의 깊게 분석한 결과 어느 정도 기술 발전이 필요하지만 이러한 실험이 곧 실현될 수 있다는 사실을 발견했습니다.”

엉킴의 그림자

놀랍게도 실험을 분석하기 위해 연구자들은 여전히 ​​양자 정보 과학의 얽힘 이론의 수학적 메커니즘이 필요합니다. 그게 어떻게 가능해요? 라미에 따르면 “얽힘은 물리적으로 존재하지 않지만 엄밀한 수학적 의미에서 정신적으로는 여전히 존재하기 때문이다. 얽힘이 발생했다는 것만으로도 충분하다”고 한다.

연구자들은 그들의 논문이 단지 시작일 뿐이고 그들의 제안이 예상보다 훨씬 빨리 중력 양자에 관한 근본적인 질문에 대답할 수 있는 실험을 설계하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.