Физики из Университета Бен-Гуриона в Израиле провели эксперимент, который впервые подтвердил принцип эквивалентности Эйнштейна на квантовом уровне. Результаты опубликованы в журнале Science Advances. Принцип эквивалентности — один из краеугольных камней общей теории относительности — гласит, что гравитация и ускорение неразличимы в локальных условиях. Например, человек в свободно падающем лифте испытывает невесомость, как и космонавт на орбите. До сих пор этот принцип проверялся только на макроскопических объектах, но его применимость к квантовым системам оставалась открытым вопросом.
Для проверки исследователи создали новый инструмент — интерферометр Quantum Galileo Interferometer (QGI). Они разделили волновую функцию одного атома на два пути: один находился в свободном падении, другой — в состоянии покоя. Сравнивая интерференцию волн, ученые обнаружили, что принцип эквивалентности выполняется и для квантовых объектов. «Мы показали, что принцип эквивалентности может применяться к квантовому волновому пакету», — отметил Ор Добковски, ведущий автор исследования. Это открывает путь к изучению того, как квантовая механика и гравитация взаимодействуют друг с другом.
Проблема объединения квантовой механики и общей теории относительности остается одной из самых сложных в современной физике. Квантовая механика описывает мир атомов и частиц, а общая теория относительности — гравитацию и крупномасштабные структуры Вселенной. Эти две теории успешно работают в своих областях, но их совместное применение, например, в черных дырах или в момент Большого взрыва, приводит к противоречиям. Новый эксперимент — шаг к пониманию того, как эти теории могут сосуществовать, хотя до создания единой теории поля еще далеко.
Эксперимент показал, что принцип эквивалентности, основа общей теории относительности, применим и к квантовым системам.
Работа также демонстрирует, что квантовые технологии, такие как интерферометрия, могут использоваться для проверки фундаментальных принципов физики. В будущем подобные эксперименты могут помочь в разработке квантовых датчиков гравитации и уточнении моделей гравитационного взаимодействия. Однако, как отмечают сами исследователи, это лишь начало пути: потребуются годы работы, чтобы полностью понять, как квантовая механика и гравитация сочетаются друг с другом.
