Physics Letters: квантовые эффекты заставляют объекты двигаться синхронно

Гравитационные волны, предсказанные Эйнштейном более века назад, могут обладать не только классическими, но и квантовыми свойствами. К такому выводу пришли теоретические физики Парта Нанди и Бибхас Ранджан Маджи, опубликовавшие исследование о возможной квантовой природе этих загадочных космических явлений. Работа опубликована в журнале Physics Letters B.

Гравитационные волны — это рябь в пространстве-времени, возникающая при движении массивных объектов, например, черных дыр или нейтронных звезд. Они несут информацию о катастрофических событиях во Вселенной и позволяют ученым "слышать" космос.

Впервые их существование было предсказано Альбертом Эйнштейном в 1916 году в рамках его теории общей относительности. Однако потребовалось почти 100 лет, чтобы обнаружить эти волны экспериментально: в 2015 году обсерватория LIGO зафиксировала их напрямую, подтвердив гениальное предсказание Эйнштейна. Но могут ли гравитационные волны обладать квантовыми свойствами? Это вопрос, на который пытаются ответить ученые.

На квантовом уровне частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно (суперпозиция) и быть связаны друг с другом независимо от расстояния (квантовая запутанность). В своем исследовании Нанди и Маджи предположили, что некоторые гравитационные волны, особенно те, которые появились вскоре после Большого взрыва, могут проявлять подобные эффекты.

Используя модель, основанную на технологии детекторов LIGO, ученые предположили, что квантовые гравитационные волны могут вызывать запутанность колебаний зеркал детектора. Это означает, что такие волны будут влиять на движение зеркал в синхронном режиме, что невозможно с точки зрения классической физики.

"Представьте себе две далеко расположенные ветряные мельницы, которые начинают раскачиваться синхронно из-за невидимого ветра. Этот 'ветер' — и есть квантовые гравитационные волны," — объясняют исследователи.

Если гравитационные волны действительно обладают квантовыми свойствами, это поможет объединить две фундаментальные теории физики — квантовую механику и общую теорию относительности, что является одной из главных нерешенных задач науки.

Кроме того, изучение квантовой природы гравитационных волн может дать ключи к пониманию ранней Вселенной и процессов, происходивших в первые мгновения после Большого взрыва.

Пока детекторы, такие как LIGO, не обладают достаточной чувствительностью, чтобы подтвердить или опровергнуть эти гипотезы. Однако будущие эксперименты, включая обсерваторию LIGO-India, которая должна заработать к 2030 году, могут помочь раскрыть эту загадку.