중력은 양인가? 우주의 깊이를 탐험하는 새로운 경험

• 과학자들은 중력이 양자인지 아닌지를 테스트하는 실험을 개발하고 있습니다
• 원자와 분자의 행동을 설명하는 양자 역학에서 사물은 우리가 알고 있는 모든 것과 다르게 행동합니다. 즉, 동시에 두 장소에 있을 정도로 양자 중첩 상태에 있을 수 있습니다.
• 이제 과학자들은 작은 다이아몬드를 진공 속으로 공중에 띄워 중력이 이런 식으로 작용하는지 확인하는 방법을 찾고 있습니다.
• 중력이 양자라면 다이아몬드는 ‘얽혀’ 있을 것입니다. 일상생활에서는 불가능한 방식으로 두 물체를 강력하게 연결하는 흥미로운 현상입니다.
• 이 연구는 블랙홀을 이해하는 데 도움이 될 것입니다 엄청난 폭발그리고 우주

양자 중력 실험

과학자들은 우리 우주에 대한 가장 심오한 질문 중 하나인 중력이 양자인지 여부를 테스트하기 위한 실험을 개발하고 있습니다.

일반상대성이론과 양자역학은 자연에 대한 두 가지 기본 설명입니다. 일반상대성이론은 중력을 대규모로 설명하는 반면, 양자역학은 원자와 분자의 거동을 설명합니다.

이론 통일의 도전

틀림없이 기초 물리학에서 해결되지 않은 가장 중요한 문제는 중력이 양자 수준에서 작동하는지 여부를 결정하기 위해 이 두 이론을 결합하는 올바른 방법입니다. 이론적 연구에서는 많은 가능성이 제시되었지만 중력의 거동을 완전히 이해하려면 실험이 필요합니다.

Gavin Morley 실험실의 레이저 빔은 다이아몬드의 양자 특성을 탐구합니다. 크레딧: Gavin Morley

글로벌 컨소시엄이 선사하는 혁명적인 경험

지난 100년 동안 중력의 양자적 특성에 대한 실험은 불가능해 보였습니다. 그러나 이제 워릭 대학교, 런던 대학교, 예일 대학교(미국), 노스웨스턴 대학교(미국) 및 흐로닝언 대학교(네덜란드)에 기반을 둔 과학자들이 협력하여 이 퍼즐을 조사해 보세요. .

그들의 새로운 아이디어는 두 개의 작은 다이아몬드를 진공 속으로 들어 올려 동시에 두 장소에 존재하는 양자 중첩 상태에 두는 것입니다. 이러한 반직관적인 행동은 양자역학의 근본적인 특징입니다.

실험에 대한 몰리 교수의 비전

각 다이아몬드는 슈뢰딩거의 고양이의 작은 버전으로 생각할 수 있습니다. 수석 연구원 물리학과 Gavin Morley 교수, 워릭대학교그는 다음과 같이 설명합니다. “슈뢰딩거의 고양이는 일상적인 물체(및 애완동물!)가 동시에 두 장소에 있기 때문에 양자 중첩 상태에 있다는 것이 정말 이상하다는 것을 암시하는 사고 실험입니다. 우리는 이것의 한계를 테스트하고 싶습니다. 아이디어.”

“우리는 이러한 중첩 상태에 원자와 분자를 성공적으로 배치했지만 훨씬 더 큰 물체를 사용하여 이를 수행하고 싶습니다. 우리의 다이아몬드는 10억 개 이상의 원자로 구성되어 있습니다. 중력의 양자 특성을 테스트하려면 상호 작용을 찾아야 합니다. 중력으로 인해 두 개의 다이아몬드 사이에 있는 것입니다.”

“중력이 양자라면 두 개의 다이아몬드를 얽힐 수 있을 것입니다. 얽힘은 일상 생활에서 가능한 것보다 두 가지가 더 강하게 연결되는 독특한 양자 효과입니다. 예를 들어, 두 개의 동전이 얽힐 수 있다면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다. 뒤집으면 둘 다 앞면인지 뒷면인지 알 수 없더라도 같은 방식으로 내려옵니다.

과제와 영향

이 아이디어를 실현하는 데는 여전히 많은 과제가 있으며, 팀에서는 프로젝트 중에 이를 조사할 것입니다. “예를 들어, 중력 이외의 나노입자 사이의 모든 상호작용을 제거해야 합니다. 이는 중력이 너무 약하기 때문에 매우 어렵습니다.”라고 David Moore 박사는 말합니다. 예일대 학교.

새로운 종합 양자 기술 연구 이니셔티브인 Warwick Quantum의 창립 이사인 Morley 교수는 이렇게 덧붙였습니다. “나에게 현재 물리학에서 가장 중요한 문제는 중력의 양자 특성을 테스트할 수 있는 실험을 개발하는 것입니다. 이 새로운 프로젝트는 바로 그것을 향한 우리의 흥미진진한 여정을 가속화하는 것입니다.

협력 학자들의 관점

유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 스가토 보스(Sugato Bose) 교수는 “물리학자들이 양자역학과 일반 상대성 이론을 결합하는 올바른 방법을 발견할 수 있는 실험을 수행하는 것이 얼마나 중요한지는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 끈 이론은 일반적으로 고에너지, 블랙홀 근처, 빅뱅에서 무슨 일이 일어나는지에 초점을 맞춥니다.

“반대로, 우리의 작업은 여기 지구상의 저에너지 체제에서 수행되지만, 또한 다음과 같은 귀중한 정보를 제공할 것입니다. ~이든 중력은 양자적입니다. 이 실험은 또한 낮은 에너지에서 중력에 관한 양자 이론의 일반적인 예측을 검증하는 것으로 간주될 수도 있습니다.

흐로닝언 대학의 아누팜 마줌다르(Anupam Mazumdar) 교수는 이렇게 덧붙입니다. “중력의 양자적 특성을 이해하는 과정에서 우리는 짧은 거리에서 뉴턴 중력의 특이한 편차와 같은 기본 물리학의 다른 측면을 테스트할 수 있을 것입니다.”

물리학과 부교수인 Andrew Geraci는 “이것은 도전적인 실험이며, 이 프로젝트는 중력의 양자 측면에 대한 테스트를 현실화하기 위한 몇 가지 주요 기술적 과제를 해결하는 데 있어 획기적입니다.”라고 말합니다. 노스웨스턴대학교.

이 프로젝트는 “MAST-QG: 중력의 양자적 특성을 보기 위한 거시적 중첩”이라고 불립니다.