Квантовая гравитация с холодным зеркалом

11.06.2025

Вопрос о том, как именно гравитация проявляется на квантовом уровне, долгое время оставался одной из самых больших загадок современной физики. Несмотря на успехи в квантовой механике и теории относительности, ученым до сих пор не удалось разработать полноценную квантовую теорию гравитации. Для этого необходимо понять, ведет ли себя гравитация как классическая сила или же подчиняется законам квантовой физики. В недавнем эксперименте исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали важный шаг в этом направлении, охладив крошечный механический маятник до почти абсолютного нуля и изучив его поведение с невиданной точностью.

Дончел Шин, исследователь из MIT, поясняет, что на сегодняшний день нет четкого способа проверить квантовую природу гравитации в лаборатории. Главной задачей является создание таких механических систем, которые одновременно достаточно массивны, чтобы ощутить влияние гравитации, и достаточно "квантовы", то есть лишены классического шума, чтобы проявить квантовые эффекты. В их эксперименте именно такой маятник - крутильный осциллятор - был охлажден с помощью лазеров до температуры около 10 милликельвинов, что составляет всего минус 273,14 градуса Цельсия.

Этот крутильный маятник, размером не более сантиметра, является классическим инструментом в изучении гравитации - подобные механизмы использовались еще в знаменитом эксперименте Кавендиша в XVIII веке для измерения гравитационной постоянной. Теперь, применяя методы лазерного охлаждения, изначально разработанные для управления атомами, ученые пытаются объединить классическую механику с квантовыми законами. Использование лазеров позволило максимально снизить тепловое движение маятника, приблизив его к квантовому состоянию, где проявляются самые тонкие эффекты.

Особенность эксперимента заключается в использовании зеркального оптического рычага - метода, когда лазерный луч направляется на зеркало, закрепленное на маятнике. Малейшие наклоны зеркала вызывают смещение отраженного луча, что фиксируется детектором и позволяет измерять крошечные угловые движения с чрезвычайной точностью. Однако исследователям пришлось бороться с шумами, вызванными дрожанием самого лазерного луча из-за внешних факторов, таких как воздушные потоки или вибрации оборудования.

Для решения этой проблемы команда MIT применила метод с двумя лазерными лучами: один взаимодействует непосредственно с маятником, а второй отражается от дополнительного зеркала, фиксируя и устраняя нежелательные колебания. Благодаря этой технологии удалось снизить уровень шума в тысячу раз, что позволило выявлять движения маятника с точностью почти в десять раз превышающей собственные квантовые флуктуации системы. Таким образом ученым удалось достичь уровня измерений, близкого к фундаментальному квантовому пределу, хотя фактическое достижение основного квантового состояния маятника остается задачей для будущих исследований.

Следующим этапом работы станет усиление оптического взаимодействия, в частности, с помощью создания оптического резонатора, который будет усиливать угловые сигналы, а также использования методов оптического захвата. Эти инновации могут открыть путь к более сложным экспериментам, в которых два крутильных маятника будут взаимодействовать исключительно через гравитацию. Такие исследования позволят впервые в лабораторных условиях проверить, является ли гравитация квантовой силой.

Эксперимент ученых из MIT знаменует собой значительный прогресс в попытках объединить квантовую механику и гравитацию - две фундаментальные теории, которые до сих пор плохо согласуются между собой. Точные измерения с холодным крутильным маятником приближают нас к пониманию природы гравитации на самом глубоком уровне и могут стать ключом к построению единой теории всего - долгожданной мечты физиков всего мира.

<< Назад: Мурчание одомашненных кошек 12.06.2025

>> Вперед: Доисторическая жара не была вызвана пожарами 11.06.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Сверхострый нож из дерева 03.11.2021 Ученые из Мэрилендского университета (США) придумали новый способ изготовления острых ножей на основе древесины. В отличие от производства ножей из искусственных материалов, таких как сталь и керамика, этот метод более экологичен. Чудо-нож легко прорезает стейк средней степени прожарки, и имеет аналогичные характеристики с обычным кухонным ножом. Новый метод метод позволяет сделать древесину в 23 раза тверже, а готовый продукт оказывает почти в три раза острее обычного ножа из нержавеющей стали. Нож из закаленной древесины можно мыть и использовать повторно, что делает его многообещающей альтернативой стальным, керамическим и одноразовым пластиковым ножам. Также из закаленной древесины можно производить деревянные гвозди, которые не боятся ржавчины, и устойчивую к царапинам и износу паркетную доску.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025