Průlom ve fyzice: Experiment potvrdil, že Einsteinova teorie gravitace platí i pro kvantový svět

Vědci z Univerzity v Ulmu, Oxfordské univerzity a Ben-Gurionovy univerzity v Negevu provedli experimenty, které poprvé přímo ukázaly, že padající kvantový objekt také pociťuje účinky gravitace. Tím potvrdili dávnou předpověď Alberta Einsteina.

Vědci z Univerzity v Ulmu, Oxfordské univerzity a Ben-Gurionovy univerzity v Negevu provedli experimenty, které poprvé přímo ukázaly, že padající kvantový objekt také pociťuje účinky gravitace. Tím potvrdili dávnou předpověď Alberta Einsteina. Svět fyziky je rozdělen na klasickou fyziku, která se zabývá makroskopickými jevy, a kvantovou fyziku, jež vysvětluje mikroskopické děje. Věda neustále hledá jednotný zákon, který by obě tyto oblasti propojil.

Albert Einstein ve své teorii gravitace předpověděl princip ekvivalence, který říká, že pro pozorovatele ve volném pádu gravitace lokálně mizí. Tento jev lze zažít například při volném pádu výtahu nebo letadla, kdy cestující zažívají stav beztíže. Vědci se nyní zaměřili na to, zda tento princip platí i pro kvantové objekty. Pro ověření bylo nutné provést stejný experiment na kvantové úrovni. Jelikož se kvantové objekty mohou chovat jako vlny a pohybovat se po více drahách současně, použili vědci speciální zařízení nazvané Kvantový Galileův Interferometr. Toto zařízení dokáže rozdělit kvantovou vlnu spojenou s atomem na dvě dráhy.

Experiment spočíval v tom, že vědci nejprve pomocí mikrovlnných pulzů uvedli ultrachladné atomy rubidia do kvantové superpozice, což jim umožnilo cestovat po dvou různých drahách najednou. Následně pomocí drobných elektrických drátků na čipu vytvořili malá magnetická pole, která generovala nepatrnou sílu směřující vzhůru, jež dokázala vyrovnat gravitační sílu. To umožnilo udržet jednu atomovou vlnu v klidu vzhledem k laboratoři a Zemi. Druhá část vlny byla magnetickým pulzem posunuta vzhůru a poté přepnuta do stavu bez magnetického pole, aby simulovala volný pád pod vlivem gravitace. Dalším magnetickým pulzem vědci obě části vlny spojili, kde se navzájem interferovaly. Pomocí interferometru pak změřili nepatrný rozdíl v kvantové fázi mezi oběma částmi. Zjištěný rozdíl ve fázích se shodoval s tím, co předpověděl Einstein.

Ačkoli podobné experimenty již dříve používaly kvantové objekty k měření gravitace, jedná se o první přímé měření předpovězené kvantové fáze volně padajícího objektu. Experiment sice nesjednocuje kvantovou a klasickou fyziku, ale jasně ukazuje, že Einsteinův princip ekvivalence platí i pro kvantové objekty. „Nemáme žádnou konzistentní teorii, která by nám řekla, proč by kvantová fyzika měla selhat,“ vysvětlil Vlatko Vedral, profesor fyziky na Oxfordské univerzitě. „Tento experiment posouvá kvantovou mechaniku do jedné z jejích nejzajímavějších hranic, gravitace, a znovu ukazuje, že její předpovědi platí.“ Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Science Advances. Tento objev otevírá cestu pro budoucí experimenty s masivnějšími objekty a prohlubuje naše chápání základních sil vesmíru.