Современная физика описывает мир с помощью двух теорий: квантовой механики для микрообъектов и общей теории относительности Эйнштейна для гравитации и космоса. Эти теории успешно работают в своих областях, но несовместимы друг с другом. Объединить их призвана гипотетическая теория квантовой гравитации, поиски которой ведутся десятилетиями.
Ключевая идея состоит в том, что сама гравитация должна подчиняться квантовым законам и, подобно частице, может находиться в состоянии суперпозиции – нескольких состояниях одновременно. Однако до сих пор неясно, как такой эффект можно было бы экспериментально зафиксировать и однозначно интерпретировать.
Новое исследование физиков из Университета Кюсю, Университета Ватерлоо и Стокгольмского университета показывает, что многие гипотетические эксперименты по обнаружению квантовой гравитации могут иметь двойное толкование. Учёные выяснили, что ряд сценариев, которые принято считать проявлением квантовой природы гравитации, можно объяснить и без неё. Результаты работы опубликованы в журнале npj Quantum Information.
Авторы показали, что наблюдаемый эффект можно описать двумя математически эквивалентными способами. Первый – как гравитационное поле в квантовой суперпозиции. Второй – как квантовые частицы, движущиеся в обычном, классическом пространстве-времени. Эту концепцию назвали «относительностью суперпозиций пространства-времени». Ведущий автор работы сравнивает это с двумя разными картографическими проекциями, которые выглядят по-разному, но описывают один и тот же ландшафт.
Исследователи подчёркивают, что их выводы не опровергают квантовую гравитацию. Работа лишь выявляет фундаментальную неоднозначность, которую нужно учитывать при разработке экспериментов. Это поможет отделить эффекты, объяснимые известной физикой, от тех, которые действительно требуют квантового описания гравитации. Такой подход сузит область поисков и позволит точнее определить, каким должно быть убедительное доказательство того, что гравитация имеет квантовую природу.
