Լոնդոնի Թագավորական քոլեջի ֆիզիկոսներ Ջոզեֆ Ազիզը և Ռիչարդ Հոուլը առաջարկել են անսպասելի տարբերակ. գրավիտացիոն դաշտերը կարող են քվանտային խառնվածություն առաջացնել մասնիկների միջև, նույնիսկ եթե գրավիտացիան ինքնին մնում է դասական և չի ենթարկվում քվանտային մեխանիկայի օրենքներին։ Նրանց աշխատանքը հրապարակվել է 2025 թվականի հոկտեմբերի 22-ին Nature ամսագրում և հիմնված է Ռիչարդ Ֆայնմանի 1957 թվականի մտածողական փորձի վրա։ Այն բարդացնում է «քվանտային գրավիտացիայի» որոնումը՝ տեսության, որը պետք է միավորի միկրոաշխարհն ու մակրոկոսմոսը։ Բացահայտումը չի հերքում հինգերորդ հիմնարար ուժի հնարավորությունը, բայց խիստ սահմաններ է դնում դրա ուժի և վարքի վրա։

Երկու աշխարհների հակադրություն. քվանտային մեխանիկան և ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը

20-րդ դարի սկզբից ֆիզիկան բաժանված է երկու հիմնասյուների. քվանտային մեխանիկան նկարագրում է մասնիկների վարքը ատոմից փոքր մակարդակում, որտեղ իրականությունը հավանական է և լի խառնվածություններով, իսկ Ալբերտ Էյնշտեյնի ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը բացատրում է գրավիտացիան որպես տարածություն-ժամանակի կորություն՝ առաջացած զանգվածավոր մարմինների կողմից։ Երկու տեսություններն էլ հիանալի աշխատում են իրենց ոլորտներում, բայց միավորվելիս՝ օրինակ՝ սև խոռոչներում կամ Մեծ պայթյունի ժամանակ՝ հակասում են միմյանց։

Քվանտային գրավիտացիան տեսական ֆիզիկայի «սուրբ գրաալն» է. այն պետք է նկարագրի գրավիտոնները՝ գրավիտացիայի քվանտները, նման ֆոտոններին էլեկտրամագնիսականության համար։ Բայց գրավիտոնները չեն հայտնաբերվել՝ նրանց փոխազդեցությունը դետեկտորների հետ չափազանց թույլ է։ Այլընտրանքները, ինչպես լարերի տեսությունը կամ օղակային քվանտային գրավիտացիան, դեռ հիպոթեզներ են։ Ազիզը և Հոուլը հիմք են ընդունել Ֆայնմանի փորձը՝ զանգվածավոր առարկա (օրինակ՝ խնձոր) տեղադրել երկու դիրքի սուպերպոզիցիայում և ստուգել, թե արդյոք երկրորդ խնձորը խառնվում է գրավիտացիայի միջոցով։

Ֆայնմանի մտածողական փորձը. գրավիտացիան սուպերպոզիցիայում

1957 թվականին Ֆայնմանը առաջարկել էր. եթե առաջին խնձորի գրավիտացիոն դաշտը սուպերպոզիցիայում խառնում է երկրորդին (կապելով նրանց վիճակները այնպես, որ մեկի փոփոխությունը անմիջապես ազդում է մյուսի վրա՝ հեռավորությանը չնայած), ապա գրավիտացիան քվանտային է։ Էյնշտեյնը խառնվածությունը կոչել էր «սարսափելի գործողություն հեռավորության վրա»։ Ժամանակակից մեկնաբանությունները տեսնում են այստեղ քվանտային գրավիտացիա՝ միջնորդավորված վիրտուալ գրավիտոններով՝ կարճատև մասնիկներով։

Ազիզը և Հոուլը ցույց են տվել՝ խառնվածությունը հնարավոր է առանց քվանտային գրավիտացիայի։ Դասական դաշտը փոխազդում է նյութի քվանտային դաշտի հետ՝ ստեղծելով «կվազի-խառնվածություն» վիրտուալ ատոմների միջոցով։ «Մենք ընդլայնել ենք գրավիտացիոն փոխազդեցության ընկալումը. այն ավելի լայն է, քան պարզապես դաշտը, — բացատրում է Հոուլը։ — Քվանտային գործընթացները, ներառյալ վիրտուալ նյութը, թույլ են տալիս խառնվածություն նույնիսկ դասական գրավիտացիայի դեպքում»։

Կվազի-խառնվածություն՝ թույլ, բայց իրական

Նրանց մոդելում մասնիկների միջև կապը ավելի թույլ է, քան քվանտային գրավիտացիայի դեպքում։ Փորձում՝ եթե մեկ մասնիկի սպինը «վերև» է, երկրորդը 50% հավանականությամբ «ներքև» կլինի քվանտային գրավիտացիայի դեպքում, բայց միայն 30–40%՝ դասականի դեպքում։ «Ուժեղ էֆեկտները կցուցեն քվանտային գրավիտացիա», — ճշտում է Հոուլը։

Սա չի հերքում քվանտային գրավիտացիան՝ այն դեռ հավանական է, բայց պահանջում է փորձ՝ տարբերելու համար։ 2023 թվականին Ջոնաթան Օփենհայմը (UCL) առաջարկել էր դասական գրավիտացիայի մոդել քվանտային դաշտերով, բայց Ազիզը և Հոուլը ընդգծում են՝ իրենց մոտեցումը բացատրում է գրավիտացիոն էֆեկտները առանց նոր ուժի։

Փորձը հորիզոնում. կարո՞ղ ենք ստուգել

Ֆայնմանի թեստը դեռ տեսական է՝ մակրոմարմինների (միկրոգրամներ) սուպերպոզիցիան պահանջում է մեկուսացում արտաքին խանգարումներից, որոնք ոչնչացնում են սուպերպոզիցիան։ «Սա հսկայական մարտահրավեր է, — ընդունում է Հոուլը։ — Բայց Մեծ Բրիտանիայում և Ավստրիայում աշխատում են դրա վրա»։ Սպասվում է 2030-ականներին՝ քրիոգեն խցիկներով և լազերային սառեցմամբ։

Եթե էֆեկտը թույլ է՝ դասական գրավիտացիա; ուժեղը՝ քվանտային։ Սա կլուծի վեճը՝ հարկավոր է՞ հինգերորդ ուժ մութ նյութի կամ սև խոռոչների համար։

Նշանակությունը ֆիզիկայի և տիեզերագիտության համար

Բացահայտումը բարդացնում է, բայց հարստացնում է որոնումը։ Դասական գրավիտացիան կվազի-խառնվածությամբ բացատրում է գրավիտացիոն ալիքները (LIGO) առանց գրավիտոնների։ Քվանտային գրավիտացիայի համար՝ նոր մոդելներ, ինչպես օղակային քվանտային գրավիտացիան, կստանան խթան։

Հոուլը սպասում է վեճերի. «Ոչ բոլորն են համաձայնվի»։ Բայց լավատես է՝ Ֆայնմանի փորձը իրականության ստուգում է։ JWST-ի և LISA-ի (2030-ականներ) դարաշրջանում մենք ավելի մոտ ենք պատասխանին։

Կարճ ասած

Ազիզը և Հոուլը ցույց են տվել՝ գրավիտացիան կարող է խառնել մասնիկները նույնիսկ դասական կերպով՝ վիրտուալ նյութի միջոցով, առանց քվանտային գրավիտացիայի։ Սա բարդացնում է հինգերորդ ուժի որոնումը, բայց տարբերակում է այն էֆեկտի ուժով։ Ֆայնմանի փորձը (խնձորների սուպերպոզիցիա) հնարավոր է 2030-ականներին։ Բացահայտումը ընդլայնում է գրավիտացիայի ընկալումը՝ չհերքելով քվանտայինը, բայց պահանջելով ստուգում։ Միկրոաշխարհի և տիեզերքի առեղծվածը խորանում է, բայց մոտենում է լուծմանը։