Загадка кота Шрёдингера. Ученые опровергли популярную теорию о роли гравитации
Где-то между микромиром атомов и нашей повседневной жизнью квантовые законы просто перестают работать. Элементарные частицы способны находиться в нескольких состояниях одновременно. Однако крупные окружающие предметы никогда так себя не ведут.
Это странное явление породило знаменитый парадокс кота Шрёдингера, который одновременно жив и мертв, пока на него не посмотрят. Исчезновение этих свойств физики называют декогеренцией. Причины этого процесса и роль в нем гравитации остаются одной из главных неразгаданных тайн Вселенной.
Руководитель исследовательской группы Национального института ядерной физики Италии Каталина Курчануподчеркивает масштаб проблемы. Она отметила, что «один из глубочайших вопросов современной физики заключается в том, почему странное квантовое поведение атомов и частиц исчезает в макроскопическом мире, который мы видим каждый день».
Чтобы разгадать эту тайну, ученые спустились в подземную лабораторию Гран-Сассо в Италии. Комплекс расположен под полуторакилометровой толщей скальных пород. Гора надежно защищает высокочувствительные приборы от космического фона и постороннего радиационного шума.
Физики проверяли популярную модель венгерского теоретика Фридьеша Каролихази, созданную еще в 1960-х годах. Ученый предположил, что сама ткань пространства-времени подвержена неизбежным микроскопическим колебаниям. Согласно этой теории, именно такие гравитационные флуктуации постепенно разрушают квантовую суперпозицию крупных объектов.
Увидеть эти колебания пространства напрямую невозможно. Однако они должны были бы толкать электрические заряды и заставлять их испускать едва заметное электромагнитное излучение.
Исследователи поместили кристалл сверхчистого германия размером с кофейную чашку в толстую защитную оболочку из свинца и меди. Прибор методично собирал данные в течение 62 дней. Результат оказался совершенно сухим и однозначным: детекторы не зафиксировали ни ожидаемой вспышки, ни излучения.
Эта полная тишина под горой похоронила старую гипотезу. Каталина Курчану объясняет: «Отсутствие сигнала само по себе является важным научным результатом. Исключив одну из старейших моделей декогеренции под действием гравитации, эта работа сужает область поиска теории взаимодействия гравитации с квантовой механикой».
Ведущий автор эксперимента Кристиан Пишиккья из Исследовательского центра Энрико Ферми добавил, что «каждый подход к квантовой гравитации в конечном счете предполагает существование минимальной длины, связанной с неопределенностью измерения пространства и времени». Ученые утверждают, что современные детекторы наконец стали настолько точными, что способны отсеивать идеи, десятилетиями существовавшие лишь на бумаге в виде теоретических формул.