67 лет эксперимент Фейнмана ждал проверки — Nature доказал, что он не докажет квантовую гравитацию
Запутанность рождается и в классической, и в квантовой модели, различается только масштаб.
Объединить гравитацию и квантовую теорию по-прежнему мечта современной физики. Электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия уже описываются в рамках квантовой механики. С гравитацией так не выходит. На этом фоне одним из главных кандидатов на решающий эксперимент остаётся идея Ричарда Фейнмана проверить, может ли гравитация запутывать две массивные частицы. Если запутанность возникает, значит гравитация ведёт себя как квантовая система. В 1957 году такую проверку было невозможно провести, теперь технологии подбираются к реальности.
Новая работа в журнале Nature предлагает более осторожный взгляд. Авторы показывают, что сама по себе запутанность не является безусловным доказательством квантовой природы гравитации. В ряде сценариев её может породить и классическая гравитация. Исследователи подчёркивают, что всё зависит от параметров и от того, как именно устроен эксперимент. Это не строгий логический тест, а феноменологический вопрос.
Ключ к выводу в том, как описывается материя. Расхожее представление такое. Классическая гравитация допускает только локальные операции и обмен классической информацией, значит она не должна создавать запутанность, иначе пришлось бы признать сверхсветовую передачу сигналов. Эта логика верна, если рассматривать материю в рамках «обычной» квантовой механики. Авторы же берут более точный подход и объединяют классическую гравитацию с квантовой теорией поля. В таком описании появляются процессы, которые дают квантовую коммуникацию и приводят к запутанности без квантовых гравитонов.
По их расчётам источник эффекта в виртуальных переносчиках материи, а не в виртуальных гравитонах, как предполагали прежние теоремы. Выходит, что и классическая гравитация в связке с квантовой теорией поля, и собственно квантовая гравитация способны породить запутанность. Значит, наблюдение запутанности в опытах по типу Фейнмана нельзя считать однозначным признаком квантовой гравитации.
Это не делает эксперимент бесполезным. Классический и квантовый сценарии дают запутанность разной величины. На результат влияют масса объектов, длительность опыта и другие параметры. При аккуратной настройке разницу можно уловить. Но задача стала сложнее, чем казалось. Простого «да» или «нет» больше не получится.