Эксперимент, только что получивший финансирование Европейского исследовательского совета, может стать первым прямым доказательством того, что само пространство имеет структуру - и эта структура квантовая
Более ста лет физика существует с тихим противоречием в своей основе. Общая теория относительности Эйнштейна описывает вселенную на космических масштабах с поразительной точностью - движение планет, искривление света, рябь пространства-времени от столкновения чёрных дыр. Квантовая механика делает то же самое на мельчайших масштабах - поведение частиц, структура атомов, природа света. Обе теории работают. Ни одна из них не ошибается. И тем не менее они фундаментально несовместимы. Их объединение считается одной из величайших нерешённых задач в науке. Это может вот-вот измениться.
Пару недель назад Кардиффский университет объявил, что профессор Хартмут Гроте из института изучения гравитации получил крупный грант европейского исследовательского совета на проведение прорывного эксперимента с единственной целью: найти первое прямое экспериментальное свидетельство квантовой гравитации. Идея в основе проекта столь же элегантна, сколь и радикальна. Пространство-время - ткань вселенной - может быть не гладким и непрерывным, каким его представлял Эйнштейн. Оно может быть зернистым, пиксельным. Построенным из дискретных квантовых единиц в масштабе настолько малом, что он никогда не измерялся напрямую: длина Планка — расстояние примерно на двадцать порядков величины меньше протона. Это не пиксели, которые можно увидеть. Но при правильных условиях теория предсказывает, что они создают своего рода квантовую размытость - едва ощутимое дрожание в положениях окружающих нас объектов.
Команда профессора Гроте планирует обнаружить именно это дрожание. Используя настольный лазерный интерферометр - прибор настолько точный, что он способен измерять изменения длины меньше миллиардной доли атома, - они объединят две передовые квантовые технологии, никогда прежде не использовавшиеся вместе: сжатый свет, снижающий квантовый шум в лазерных измерениях за пределы классических ограничений, и однофотонное обнаружение, обеспечивающее беспрецедентную точность при почти нулевом уровне шума. Эксперимент, названный Single Photon Detection Interferometry for Quantum Gravity, напрямую опирается на технологии, разработанные для LIGO и Virgo - детекторов гравитационных волн, уже доказавших способность улавливать малейшую рябь в пространстве-времени от столкновения чёрных дыр в миллиардах световых лет от нас.
«Подтверждение квантовых сигнатур пространства-времени стало бы эпохальным достижением. Это изменило бы наше представление о реальности на самом фундаментальном уровне и открыло бы совершенно новые направления для научного исследования. Спустя более ста лет после того, как Эйнштейн изменил наше понимание пространства и времени, этот проект может приблизить нас на один шаг к завершению начатой им картины. Думаю, он был бы в восторге.» - говорит профессор Хартмут Гроте из Кардиффского университета.
Если эксперимент увенчается успехом, последствия выйдут далеко за рамки одного открытия. Квантованное пространство-время подтвердит, что вселенная состоит не из гладких полей и непрерывной геометрии - а из чего-то напоминающего информацию: дискретного, счётного, фундаментально квантового. Это подтвердит теоретические концепции, тихо формировавшиеся на протяжении десятилетий - от голографического принципа до идеи о том, что геометрия пространства-времени возникает из квантовой запутанности. Это будет означать, что то, что мы называем физической реальностью - пространство, время, материя - не является основой вселенной. Это то, как квантовая информация вселенной выглядит с нашей точки зрения. В качестве бонуса тот же эксперимент может обнаружить следы тёмной материи и первичных гравитационных волн, отзвуки самых ранних мгновений существования вселенной. Наука, как выражается профессор Гроте, не всегда объявляет о себе громко. Иногда она приходит как едва ощутимое дрожание лазерного луча на лабораторном столе.
