Физики из Королевского колледжа Лондона Джозеф Азиз и Ричард Хоул предложили неожиданный сценарий: гравитационные поля могут вызывать квантовую запутанность между частицами, даже если сама гравитация остаётся классической и не подчиняется законам квантовой механики. Их работа, опубликованная 22 октября 2025 года в журнале Nature, основана на мысленном эксперименте Ричарда Фейнмана 1957 года и усложняет поиск "квантовой гравитации" — теории, объединяющей микромир и макрокосмос. Это открытие не опровергает возможность пятой фундаментальной силы, но ставит жёсткие ограничения на её силу и поведение.

Контраст двух миров: квантовая механика и общая теория относительности

С начала XX века физика разделена на два столпа: квантовая механика описывает поведение частиц на субатомном уровне, где реальность вероятностна и полна запутанности, а общая теория относительности Альберта Эйнштейна объясняет гравитацию как искривление пространства-времени массивными объектами. Обе теории блестяще работают в своих доменах, но при объединении — например, в чёрных дырах или Большом Взрыве — противоречат друг другу.

Квантовая гравитация — "священный Грааль" теоретической физики: она должна описывать гравитоны, кванты гравитации, подобные фотонам для электромагнетизма. Однако гравитоны не обнаружены: их взаимодействие с детекторами ничтожно слабо. Альтернативы, вроде струнной теории или петлевой квантовой гравитации, остаются гипотезами. Азиз и Хоул взяли за основу эксперимент Фейнмана: поместить массивный объект (яблоко) в суперпозицию двух позиций и проверить, запутывается ли второе яблоко через гравитацию.

Мысленный эксперимент Фейнмана: гравитация в суперпозиции

В 1957 году Фейнман предложил: если гравитационное поле первого яблока в суперпозиции запутывает второе (связывая их состояния так, что изменение одного мгновенно влияет на другое, несмотря на расстояние), то гравитация квантуется. Эйнштейн назвал запутанность "жутким действием на расстоянии". Современные интерпретации видят здесь квантовую гравитацию, опосредованную виртуальными гравитонами — эфемерными частицами, существующими доли секунды.

Азиз и Хоул показали: запутанность возможна без квантовой гравитации. Классическое поле взаимодействует с квантовым полем материи, создавая "квази-запутанность" через виртуальные атомы. "Мы расширили понятие гравитационного взаимодействия: оно шире, чем просто поле, — объясняет Хоул. — Квантовые процессы, включая виртуальную материю, позволяют запутыванию даже при классической гравитации".

Квази-запутанность: слабая, но реальная

В их модели корреляции между частицами слабее, чем при квантовой гравитации. В эксперименте: если спин одной частицы "вверх", вторая с вероятностью 50% "вниз" при квантовой гравитации, но лишь 30–40% при классической. "Сильные эффекты укажут на квантовую гравитацию", — уточняет Хоул.

Это не опровергает квантовую гравитацию: она остаётся вероятной, но требует эксперимента для отличия. В 2023 году Джонатан Оппенгейм (UCL) предложил модель классической гравитации с квантовыми полями, но Азиз и Хоул подчёркивают: их подход объясняет гравитационные эффекты без новой силы.

Эксперимент на горизонте: можно ли это проверить?

Фейнмановский тест пока теоретичен: суперпозиция макрообъектов (микрограммов) требует изоляции от декогеренции — внешних помех, разрушающих суперпозицию. "Это огромный вызов, — признаёт Хоул. — Но в Великобритании и Австрии работают над ним". Ожидаемые сроки — 2030-е годы, с использованием криогенных камер и лазерного охлаждения.

Если эффект слаб — классическая гравитация; сильный — квантовая. Это разрешит спор: нужна ли пятая сила для тёмной материи или чёрных дыр?

Значение для физики и космологии

Открытие усложняет, но обогащает поиск. Классическая гравитация с квази-запутанностью объясняет гравитационные волны (LIGO) без гравитонов. Для квантовой гравитации: новые модели, как петлевая квантовая гравитация, получат импульс.

Хоул ожидает споров: "Не все согласятся!" Но оптимистичен: эксперимент Фейнмана — тест реальности. В эпоху JWST и LISA (2030-е) мы ближе к ответу.

Вкратце

Физики Азиз и Хоул показали: гравитация может запутывать частицы даже классически — через виртуальную материю, без квантовой гравитации. Это усложняет поиск пятой силы, но отличает её по силе эффекта. Эксперимент Фейнмана (суперпозиция яблок) возможен в 2030-е. Открытие расширяет понимание гравитации, не опровергая квантовую, но требуя теста. Загадка микромира и космоса углубляется, но приближается к разгадке.