В квантовом мире возможны вещи, которые кажутся абсурдными в повседневной жизни. Именно на этом построен парадокс кота Шрёдингера. Физики десятилетиями искали объяснение этой странности — и теперь проверили одну из самых необычных гипотез.
Кот из частей тела стоит на деревянном ящике на фоне научных зарисовок и графиков
В обычном мире суперпозиция словно исчезает
В микромире элементарные частицы ведут себя удивительным образом: они могут находиться в суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно. Именно этот парадокс иллюстрирует знаменитый мысленный эксперимент с котом Шрёдингера, который в закрытом ящике и жив, и мёртв сразу. Однако в привычном нам макромире стулья, чашки и домашние животные всегда находятся в одном конкретном состоянии, а квантовая неопределённость куда-то исчезает.
Переход от квантовой многовариантности к обычной классической физике учёные называют декогеренцией (разрушением суперпозиции при взаимодействии со средой). Как отмечает руководитель коллаборации VIP в Национальном институте ядерной физики Италии Каталина Курчану, исчезновение странного квантового поведения в макромире остаётся одним из самых глубоких вопросов современной науки.
Мысленный эксперимент
В самом мысленном эксперименте кота убивает яд. Но почему в реальности он не может быть одновременно живым и мёртвым? Всё дело во взаимодействии с окружающим миром, из-за которого квантовые эффекты перестают проявляться. Учёные предположили, что свою роль в этом может играть и гравитация. Именно эту версию они и проверили.
Как дрожание пространства-времени связывали с гравитацией
Ещё в 1960-х годах венгерский физик Фридьеш Каройхази предположил, что пространство-время вокруг нас не идеально гладкое, а постоянно испытывает крошечные случайные колебания. По его расчётам, именно эта незаметная рябь разрушает суперпозицию у крупных объектов и не даёт им проявлять свойства кота Шрёдингера. Идея красиво связывала квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна, где гравитация описывается как искривление пространства-времени.
Медный прибор с кабелями в скальной пещере
Недавно физик Анджело Басси с коллегами переформулировал старую модель Каройхази так, чтобы её предсказания можно было проверить на приборах. Сами микроколебания ткани Вселенной засечь напрямую невозможно, но они должны оставлять заметный след. Если пространство-время слегка подрагивает, оно должно чуть-чуть раскачивать электрически заряженные частицы, заставляя их испускать предельно слабое электромагнитное излучение.
Эксперимент с кристаллом германия под горой Гран-Сассо
Чтобы поймать этот неуловимый сигнал, учёные спустились в крупнейшую в мире подземную физическую лабораторию Гран-Сассо в Италии. На поверхности Земли космическая радиация мгновенно заглушила бы слабое свечение частиц, но под толщей скальной породы в 1,4 километра царит почти идеальная радиационная тишина.
В качестве мишени исследователи использовали кристалл сверхчистого германия размером с кофейную кружку, дополнительно укрытый слоями чистой меди и свинца. Установка непрерывно собирала данные на протяжении 62 дней. Когда физики вычли предсказуемый естественный фон и проанализировали результаты, искомого сигнала в данных не оказалось.
Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!
Новые границы для теорий квантовой гравитации
Отсутствие излучения в этом случае — само по себе важный научный результат. Эксперимент закрыл проверенную версию модели Каройхази и поставил жёсткие рамки для любых гипотез, которые списывают потерю квантовых свойств на рябь пространства-времени.
Подземная лаборатория Гран-Сассо
При этом работа итальянской команды не доказывает, что гравитация вообще не причастна к «гибели» кота Шрёдингера. В запасе у теоретиков остаются другие гравитационные механизмы, которые устроены иначе и не требуют такого излучения:
- Проверенная модель Каройхази полностью исключена полученными данными.
- Гипотеза о существовании минимально возможной длины в природе по-прежнему остаётся в силе.
- Поиск других способов связать гравитацию с квантовой механикой продолжается в новых рамках.
Как объясняет ведущий автор эксперимента Кристиан Пишикья, современные подходы к квантовой гравитации — включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию — предсказывают существование фундаментального предела точности, с которой вообще можно измерить расстояние. Новые данные не отменяют этот предел, но отсекают одно из старейших объяснений того, как он проявляется в реальном мире. Чувствительность подземных детекторов наконец доросла до уровня, позволяющего проверять на прочность идеи, которые десятилетиями существовали только на бумаге.
