Kvantinės mechanikos metodai dabar gali būti naudojami gravitacijos tyrimams. Gravitacijos matavimo metodas buvo pasiūlytas Vienos technologijos universitete (Vienna University of Technology). Jis įgalina atlikti fundamentinių fizikos teorijų bandymus.
Kvantinės mechanikos metodai dabar gali būti naudojami gravitacijos tyrimams. Gravitacijos matavimo metodas buvo pasiūlytas Vienos technologijos universitete (Vienna University of Technology). Jis įgalina atlikti fundamentinių fizikos teorijų bandymus.
Patys tiksliausi pasaulyje atliekami matavimai remiasi kvantine fizika. Atominiai laikrodžiai arba didelės skiriamosios gebos magnetiniai rezonansai, kurie yra naudojami medicinoje, veikia kaip labai tikslūs kvantinių šuolių matavimai. Dalelė, kuri sužadinama tam tikru dažniu, pakeičia savo kvantinę būseną, o tokie matavimai yra vadinami rezonansine spektroskopija. Iki šiol toks metodas naudojo tik elektromagnetinį spinduliavimą. Mokslininkai iš Vienos sukūrė rezonansinį metodą, kuris pirmą kartą nebenaudoja elektromagnetizmo, o tam pritaikė gravitacinę jėgą. Gravitacija sukuria keletą kvantinių neutronų būsenų. Gravitacinio rezonanso metodas leidžia keisti neutrono kvantines būsenas bei matuoti šuolius tarp šių būsenų. Šio eksperimento rezultatai buvo atspausdinti „Nature Physics“ žurnale.
Iš pirmo žvilgsnio kvantinė mechanika ir gravitacija lyg ir neturi nieko bendra. Mes galime jausti gravitacijos poveikį, kai dideli ir masyvūs objektai, kaip planetos ir žvaigždės, dalyvauja jos kūrime. Kvantinės dalelės yra tokios lengvos, kad gravitacija paprastai nevaidina didesnio vaidmens aprašant šias daleles. Naujasis metodas vis tik sugebėjo šias dvi sritis apjungti į vieną. Dabar gravitacijos teorija gali būti patikrinta per labai mažą laiko tarpą. Tokiu būdu mokslininkai tikisi pažvelgti į stygų teoriją ar patyrinėti tamsiosios medžiagos kilmę. Iki šiol gravitaciniai tyrimai buvo susiję su makroskopiniais ar net astronominiais atstumais. Energijų matavimai tarp skirtingų kvantinių būsenų yra atliekami jau seniai, bet energijų skirtumai, stebimi dėl gravitacijos, yra apie milijonus milijonų kartų mažesni už energijos tarpus atomuose.
Neutronai tarp dviejų horizontalių plokštelių. Neutronai gali būti skirtingose kvantinėse būsenose. Vibruojanti plokštelė gali sužadinti elektronus iš vienos būsenos į kitą. Tai sudaro sąlygas didelio tikslumo energijos matavimams atlikti
Yra labai sudėtinga išmatuoti kvantinės fizikos gravitacinius reiškinius mažyčiais atstumais. „Atomai neturėtų būti naudojami tokiuose eksperimentuose, kadangi jų elgesį trumpais atstumais lemia elektromagnetinės jėgos, tokios kaip Vandervalso (Van-der-Waals) ar Kazimiro (Casimir) jėgos, – paaiškino profesorius Hartmutas Abelis (Hartmut Abele). – Tačiau su ypatingai šaltais neutronais, kurie neturi krūvio ir poliarizacijos, galime atlikti didelio tikslumo matavimus mažais atstumais.“
Mes galime pakelti akmenį į norimą aukštį, bet kuo aukščiau jį kelsime, tai tuo daugiau energijos turėsime sunaudoti. Kvantinėms dalelėms, tokioms kaip neutronai, judančioms tarp dviejų horizontalių plokštelių, situacija yra truputį kitokia – jos gali įgyti tik diskretinius gravitacinės energijos kiekius. Naudodami neutronų šaltinį, mokslininkai sugebėjo tiksliai įvertinti neutronų, esančių tarp dviejų plokštelių, kvantines fizikines energijos būsenas. Tada viena iš plokštelių buvo virpinama tiksliai nustatytu dažniu. Jei šis dažnis atitinka energijos skirtumą tarp dviejų kvantinių būsenų, tai neutronas yra sužadinamas į aukštesnę energijos būseną. Matuojant, prie kokio dažnio šis sužadinimas įvyksta, galima gauti tikslų kvantinių būsenų energijų skirtumą.
Masyvūs objektai pasižymi dviem fundamentinėmis savybėmis: jie yra inertiški (reikalinga didelė jėga, kad juos įgreitinti) ir jie yra sunkūs (juos veikia stipri gravitacinė jėga). Jau šešioliktame amžiuje buvo žinoma, kad inercija ir svoris yra susiję, ir būtent todėl visi objektai krenta gravitaciniame lauke su tuo pačiu greičiu. Ar tai tėra tik pakankamai gera aproksimacija, ar taip yra iš tiesų ir mažuose kvantinei fizikai būdinguose atstumuose, gali būti ištirta atlikus eksperimentus naujuoju metodu.
Dešimtmečiais mokslininkai bando apjungti gravitaciją ir kvantinę fiziką norėdami sukurti bendrą visų sąveikų teoriją. Yra sukurtos įvairios stygų teorijos, kurios remiasi paslėptų erdvinių išmatavimų, kurie nebuvo iki šiol atrasti, idėja. „Naudodami savo neutronų metodą, mes tikimės išbandyti ko yra vertos visos šios teorijos“, – paskelbė Abelis. Šie eksperimentai gali suvaidinti svarbų vaidmenį net kosmologijai. Dabar galės būti patikrintos teorijos apie mistiškąją tamsiąją medžiagą. Tam reikės atlikti didelio tikslumo matavimus mažais atstumais. „Mūsų metodas, kuris yra kaip tik sukurtas matavimams mažais atstumais, leis, žinoma, jei mums pasiseks, suprasti visos Visatos evoliuciją. Bet kokiu atveju jaudinantys nauji gravitacijos tyrimai laukia mūsų ateityje“, – papildė Abelis.
