Эксперимент подтвердил теорию Эйнштейна

Международная группа физиков впервые пронаблюдала влияние гравитации на падающий квантовый объект, подтвердив справедливость теории Альберта Эйнштейна на микроскопическом уровне. В новаторском эксперименте, результаты которого опубликованы в журнале Science Advances, ученые расщепили атом на две части и проследили, как земное притяжение изменяет его квантовое состояние.

Команда из Оксфордского университета и их коллеги охладили облако атомов рубидия почти до абсолютного нуля и разместили их на специальном чипе. Используя микроволновые импульсы и магнитные поля, специалисты перевели частицы в состояние суперпозиции — каждая из них начала одновременно двигаться по двум траекториям. Одну часть атома удерживали на месте, полностью компенсируя силу тяжести, а второй дали свободно падать, после чего обе ветви вновь соединили воедино.

При слиянии волн исследователи зафиксировали квантовую интерференцию, позволившую измерить разницу фаз между неподвижной и падавшей частью частицы. Полученный результат оказался в точном соответствии с предсказаниями принципа эквивалентности Эйнштейна, распространенного на квантовые объекты. «Это уникальная работа, объединяющая сложнейший эксперимент с глубоким теоретическим осмыслением одного из самых фундаментальных вопросов физики: как гравитацию и квантовую теорию свести в единое понимание устройства Вселенной», — подчеркнул ведущий автор исследования профессор Рон Фолман из Университета Бен-Гуриона.

Сделанное открытие не сводит две теории воедино, однако убедительно доказывает: законы гравитации остаются незыблемыми даже в загадочном квантовом мире. Соавтором работы выступил нобелевский лауреат по физике профессор Роджер Пенроуз из Оксфордского университета. Ученый придерживается гипотезы о том, что для достаточно массивных объектов квантовая механика может утрачивать силу. Хотя нынешний эксперимент не позволил проверить эту идею из-за малой массы атомов, в дальнейшем команда намерена испытать более тяжелые объекты, в том числе наноалмазы — углеродные наноструктуры, обладающие той же кристаллической решеткой, что и обычный алмаз.

Принцип эквивалентности, сформулированный Эйнштейном более века назад, утверждает: для наблюдателя в свободном падении гравитация исчезает — человек, падающий в лифте, ощутит невесомость. До сих пор это правило неоднократно подтверждалось на макроскопических телах, однако проверить его на квантовых частицах, способных вести себя как волны и пребывать в нескольких местах одновременно, оставалось технически невозможным. Созданное физиками устройство под названием «Квантовый интерферометр Галилея» позволило преодолеть этот барьер и впервые заглянуть на стык двух главных теорий современной науки.