Το κβαντικό άλμα για την επιστημονική αρχή του Einstein διερευνάται από τους επιστήμονες

Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Physics, αναφέρεται στο πώς επεκτείνεται η αρχή ισοδυναμίας του Einstein στον κόσμο των κβάντων, κάτι που αποτελεί αίνιγμα πολλές δεκαετίες για τους φυσικούς. Οι συγγραφείς της μελέτης Dr Magdalena Zych και Caslav Brukner, Ερευνήτρια του Πανεπιστημίου του Queensland και Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης αντίστοιχα, εργάστηκαν για να ανακαλύψουν αν τα κβαντικά αντικείμενα αλληλεπιδρούν να τη βαρύτητα μόνο μέσω της καμπύλωσης του χωρόχρονου και υποστηρίζουν ότι έχουν βρει το κλειδί για το ερώτημα που απασχολεί τους φυσικούς σχετικά με την αρχή της ισοδυναμίας του Einstein.

«Η αρχή ισοδυναμίας του Einstein υποστηρίζει ότι η ολική αδρανειακή και βαρυτική μάζα κάθε αντικειμένου είναι ισοδύναμες, που σημαίνει ότι όλα τα σώματα πέφτουν με τον ίδιο τρόπο όταν υπόκεινται στη βαρύτητα», αναφέρει η Dr Zych στην ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου του Queensland, περιγράφοντας τον προβληματισμό που γέννησε τη μελέτη. «Οι φυσικοί εξετάζουν αν η αρχή εφαρμόζεται στα κβαντικά σωμάτια, επομένως για να τη μεταφέρουμε στον κβαντικό κόσμο χρειαστήκαμε να βρούμε πώς αλληλεπιδρούν τα κβαντικά σωμάτια με τη βαρύτητα. Συνειδητοποιήσαμε ότι για να το κάνουμε αυτό έπρεπε να κοιτάξουμε τη μάζα».

Η μάζα – αναφέρεται στην ιστοσελίδα – είναι μια δυναμική ποσότητα και μπορεί να έχει διάφορες τιμές και στην κβαντική φυσική η μάζα ενός σωμάτιου μπορεί να είναι μια κβαντική «υπέρθεση» δυο διαφορετικών τιμών. Σύμφωνα με την διάσημη εξίσωση E=mc^2, η μάζα κάθε αντικειμένου πάει χέρι-χέρι με την ενέργεια. Σε μια μοναδική κατάσταση στην κβαντική φυσική, ενέργεια και μάζα μπορούν να υπάρχουν σε μια «κβαντική υπέρθεση» – ως να υφίστανται και οι δυο διαφορετικές τιμές «ταυτόχρονα».

«Συνειδητοποιήσαμε», αναφέρει η ερευνήτρια, «ότι έπρεπε να κοιτάξουμε πώς τα σωμάτια σε τέτοιες κβαντικές καταστάσεις της μάζας συμπεριφέρονται για να κατανοήσουμε πώς ένα κβαντικό σωμάτιο αντιλαμβάνεται γενικά την βαρύτητα. Η έρευνά μας βρήκε ότι για τα κβαντικά σωμάτια στις κβαντικές υπερθέσεις των διαφορετικών μαζών, η αρχή συνεπάγεται πρόσθετους περιορισμούς που δεν υφίστανται για τα κλασικά σωμάτια – αυτό δεν είχε ανακαλυφθεί προηγουμένως. Σημαίνει ότι οι προηγούμενες μελέτες που προσπαθούσαν να μεταφέρουν την αρχή στην κβαντική φυσική ήταν ελλιπείς επειδή εστίαζαν στις τροχιές των σωμάτιων αλλά αγνοούσαν τη μάζα».

Η μελέτη ανοίγει μια πόρτα για νέα πειράματα που είναι απαραίτητα για να ελεγχθεί αν τα κβαντικά σωμάτια υπακόουν στους πρόσθετους περιορισμούς που έχουν βρεθεί.

Πηγή: University of Queensland

Περισσότερα στη δημοσίευση: Quantum formulation of the Einstein equivalence principle. Nature Physics.