Ученые из Университета Кюсю, Университета Ватерлоо и Стокгольмского университета предложили новый подход к изучению квантовой природы гравитации. Их работа посвящена одной из главных задач современной физики — объединению квантовой механики и теории гравитации Эйнштейна. Результаты исследования опубликованы в журнале npj Quantum Information.
Квантовая механика описывает процессы на уровне атомов и молекул, а теория относительности объясняет движение звезд, черных дыр и расширение Вселенной. При этом эти две успешные теории пока не удается свести в единую систему. Физики предполагают, что гравитация также должна подчиняться квантовым законам, однако проверить это экспериментально крайне сложно.
Авторы исследования показали, что ряд ситуаций, которые обычно трактуются как квантовая суперпозиция гравитации, можно объяснить иначе. В такой интерпретации квантовые частицы остаются в состоянии суперпозиции, но движутся в обычном гравитационном поле и пространстве-времени. Это означает, что для описания подобных случаев не обязательно считать саму гравитацию квантовой.
Исследователи назвали этот подход «относительностью суперпозиций пространства-времени». По их мнению, разные математические описания могут отражать одно и то же физическое явление, подобно картам одной местности в разных проекциях. В одном варианте гравитация находится в суперпозиции, в другом — частицы обладают соответствующими квантовыми состояниями в классическом пространстве-времени.
Работа не доказывает, что гравитация имеет исключительно классическую природу, и не исключает существование квантовой гравитации. Однако она указывает на неоднозначность при трактовке будущих экспериментов: некоторые наблюдения могут выглядеть как свидетельство квантовой гравитации, хотя допускают объяснение привычными законами физики. Новый подход должен помочь ученым точнее определить признаки, которые действительно подтвердят квантовую природу гравитации.