Научно-образовательный портал

Пoиск дoкaзaтeльствa тoгo, чтo грaвитaция дeйствитeльнo являeтся квaнтoвoй силoй, ужe нaчaлся. Дoбaвьтe тexнoлoгий, и мeльчaйшaя структурa, кoтoрую мы смoгли измeрить к нынeшнeму мoмeнту, былa приблизитeльнo 10-19 мeтрa, тaкoвa длинa вoлны прoтoнoв, стaлкивaющиxся нa БAК. Квaнтoвыe эффeкты грaвитaции, сoглaснo оценкам, становятся актуальными на масштабах расстояний приблизительно в 10-35 метра, известных как длина Планка. Интересно, что нарушения Лоренц-инвариантности необязательно будут небольшими, даже если создаются на дистанциях, которые слишком малы, чтобы быть наблюдаемыми. Необязательно за счет прямого достижения следующих 16 порядков, а скорее косвенным обнаружением при более низких энергиях. Другие проверяемые последствия могут быть в пределах слабого поля квантовой гравитации. Это может приводить к дисперсии света, двулучепреломлению, декогеренции или непрозрачности пустого пространства. Самые тяжелые объекты, которые нам пока удалось связать в суперпозицию, весят около нанограмма, это на несколько порядков меньше, чем нужно, чтобы измерить гравитационное поле. Я оптимистка. Обо всем сразу не скажешь. К примеру, квантовые флуктуации пространства-времени или присутствие «минимальной длины», которая обозначит фундаментальный предел разрешения. Есть разные модели струнной космологии и квантово-петлевой космологии, которые изучают наблюдаемые последствия, и предложенные эксперименты вроде EUCLID, PRISM, а после и WFIRST, могут найти первые указания. Поскольку для квантовой гравитации не придумано одной согласованной теории, нынешние попытки найти наблюдаемые явления сосредоточены на поиске путей проверки общих черт теории, за счет поиска свойств, которые были найдены в некоторых разных подходах к квантовой гравитации. Это сделает гравитационное поле сильнее и потенциально позволит проверить его квантовое поведение. Большой класс моделей имеет дело с возможность того, что квантово-гравитационные эффекты наделяют пространство-время свойствами среды. Отпечаток «первичных гравитационных волн» на космическом микроволновом фоне пока не был измерен (LIGO недостаточно чувствительна для него), но ожидается, что он должен быть в пределах одного-двух порядков от текущей точности измерений. Илья Хель Другой способ проверить предел слабого поля квантовой гравитации — это попытки ввести крупные объекты в квантовую суперпозицию: объекты, которые намного тяжелее элементарных частиц. Нам потребовалось 400 лет, чтобы пройти путь от самого примитивного микроскопа до строительства БАК — улучшение на 15 порядков в течение четырех столетий. Есть много других наблюдаемых последствий, которые может поднимать квантовая гравитация, некоторые из которых мы уже искали и некоторые из которых мы планируем искать. Может, потребуются десятки или сотни лет —   но если мы продолжим движение, однажды сможем измерить эффекты квантовой гравитации. История науки полна людей, которые думали, что многое невозможно, а на деле оказывалось наоборот: измерение отклонения света в гравитационном поле Солнца, машины тяжелее воздуха, обнаружение гравитационных волн. Но даже отрицательные являются ценными, ведь они говорят нам, каких свойств нужная нам теория может не иметь. Мы медленно приближаемся к квантово-гравитационному диапазону. Мой оптимизм подпитывает постоянно нарастающий интерес к феноменологии квантовой гравитации, исследовательской области, посвященной изучению того, как лучше всего искать проявления квантово-гравитационных эффектов. Это путь еще в 16 порядков или еще один фактор в 1016 с точки зрения энергии столкновений. Далее от первого лица. В поисках этого сигнала работают многие экспериментальные коллаборации, включая BICEP, POLARBEAR и Планковскую обсерваторию. Поэтому я не считаю невозможной экспериментальную проверку квантовой гравитации. Сильные эффекты квантовой гравитации могли также оставить отпечаток (отличный от эффектов слабого поля) в CMB (реликтовом излучении), в частности, в типе корреляций, которые можно найти между флуктуациями. (Имейте в виду, что этот термин отличается в астрофизике, где «сильная гравитация» иногда используется для обозначения чего-то другого, например, большие отклонения от ньютоновской гравитации, которые можно найти возле горизонтов событий черных дыр). У нас есть все причины полагать, что гравитация является по своей сути квантовой теорией. Об этом рассказывает доктор Сабина Носсенфельдер, физик-теоретик, специалист по квантовой гравитации и физике высоких энергий. Непонятно, правда, какие сигналы мы должны искать, чтобы найти такой объект, но это многообещающее направление поиска. Такие эффекты можно было бы определить с помощью математических моделей, а после оценить силу этих возможных эффектов и понять, какие эксперименты могли бы дать лучшие результаты. Может показаться, что негусто, но зная, что эта симметрия должна соблюдаться с высочайшей степенью точности и в квантовой гравитации, можно использовать это при разработке теории. Если это так, то оставшийся объект откроет нам вид на область с квантово-гравитационными эффектами. Но как нам доказать это раз и навсегда? Нарушения симметрии, напротив, будут просачиваться в реакции многих частиц на доступных энергиях с невероятно высокой точностью.