Эйнштейн защищает шредингеровского кота

В 1915 г. Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности, коренным образом изменившую наше представление о гравитации. Он объяснил гравитацию как проявление кривизны пространства и времени. Теория Эйнштейна предсказывает, что течение времени изменяется вблизи массивных тел, эффект, известный как "гравитационное замедление времени". Это влияет на все и всех; на самом деле, люди, работающие на первом этаже, будет стареть медленнее, чем их коллеги этажом выше, примерно на 10 нс в течение одного года. Этот тонкий эффект на самом деле был подтвержден во многих экспериментах с очень точными часами. Теперь, команда исследователей из Венского университета, Гарвардского университета и Университета Квинсленда обнаружила, что замедление времени может объяснить другое сбивающее с толку явление: переход от квантового поведения к нашей классической, повседневной жизни.

Квантовая теория, другое главное открытие в физике начала XX века, предсказывает, что фундаментальные строительные блоки природы показывают удивительное и ошеломляющее поведение. Экстраполированная на масштабы нашей повседневной жизни квантовая теория приводит к ситуациям, таким как знаменитый пример кота Шредингера: кот ни жив, ни мертв, а находится в так называемой квантовой суперпозиции обоих состояний. Такое поведение было подтверждено экспериментально только для квантовых частиц и никогда не наблюдалось на реальных котах. Таким образом, заключают ученые, что-то должно вызывать подавление квантовых явлений на больших повседневных масштабах. Как правило, это происходит вследствие взаимодействия с другими окружающими частицами.

Исследовательская группа, возглавляемая Чеславом Брукнером (Caslav Brukner) из Венского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации, обнаружила, что замедление времени также играет важную роль в подавлении квантовых эффектов. Они подсчитали, что когда квантовые строительные блоки образуют более крупные, сложные объекты, такие как молекулы и, в конечном итоге, более крупные структуры, к примеру, микробы или частицы пыли, замедление времени в поле Земли может вызвать подавление их квантового поведения. Квантовые блоки чуть-чуть осциллируют, даже если они образуют более крупные объекты. И эта осцилляция влияет на ход времени: он замедляется вблизи поверхности Земли и ускоряется на больших высотах. Исследователи показали, что этот эффект разрушает квантовую суперпозицию и, таким образом, заставляет крупные объекты вести себя так, как мы ожидаем в повседневной жизни.

«Это довольно удивительно, что гравитация может играть какую-либо роль в квантовой механике, - говорит Игорь Пиковский, который является ведущим автором публикации и сейчас работает в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики. - Гравитация, как правило, изучается на астрономических масштабах, но мне кажется, что она также изменяет квантовую природу мельчайших частиц на Земле».
«Остается выяснить, какой эффект эти результаты оказывают в космологических масштабах, где гравитация может быть намного сильнее», - добавляет Брукнер. Результаты Пиковского и его коллег показывают, как более крупные частицы теряют квантовое поведение, образуя более крупные структуры, если принять во внимание замедление времени. Это предсказание должно наблюдаться в экспериментах в ближайшем будущем, которые могли бы пролить свет на увлекательное взаимодействие двух великих теорий XX века, квантовой механики и общей теории относительности.

Иллюстрация молекулы в присутствии гравитационного замедления времени. Молекула находится в квантовой суперпозиции, будучи в нескольких местах одновременно, но замедление времени разрушает это квантовое явление

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365