Student World

Ukázal, že skutečnost odpovídá očekávání a že jde pouze o to, aby teorie vše dohnala. Tento pokus ve francouzském Laueho-Langevinově ústavu využil kvantový jev nazývaný vázané stavy.

Kvantová teorie původně vznikla, když si lidé uvědomili, že elektrony obklopující atom nemohou mít prostě jen tak nějakou energii. Spíše než že by měly spojitou škálu možných hodnot energie, existují konkrétní energetické hladiny (nazývané orbity), na něž se elektrony omezují. Pokud získají či ztratí energii, místo aby se mezi hladinami hladce přesunuly, dojde ke kvantovému skoku a elektrony z jedné hladiny přeskočí na jinou hladinu, přičemž pohltí či vyzáří foton, kvantovou částici světelné energie.

V experimentu s kvantovou gravitací se používaly neutrony – nenabité částice z atomárního jádra, na něž nepůsobí elektromagnetické záření, což zaručovalo, že to, co daný jev vyvolává, je gravitace. Neutrony byly vloženy do komory, na jejímž dně byl materiál, který fungoval jako zrcadlo, takže účinkem gravitace padaly a potom se odrazily od povrchu zrcadla.

Kdyby gravitace nebyla kvantovou silou, pád neutronů komorou by se zrychloval hladce. Místo toho se ale zjistilo, že neutrony z jedné výšky na jinou přeskakují – to je přesně stejné chování jako v případě elektronů měnících svou hladinu v atomu, ačkoli zde se předpokládalo, že neutrony pohlcují či vyzařují gravitony, hypotetické částice přenášející gravitaci. Všechny výsledky ukazují na to, že gravitace je vskutku kvantovaná.

Při novějším pokusu v témže ústavu se podařilo dostat neutrony do různých kvantově gravitačních stavů. Proud neutronů se nechá procházet mezi dvěma deskami. Spodní funguje jako zrcadlo a horní neutrony pohlcuje. Spodní desku rozkmitáváme s různými frekvencemi, z nichž některé odpovídají skoku v energii nutnému k převedení neutronu do odlišného stavu, což změní frekvenci, s níž se v soustavě objevují neutrony, které nejsou horní deskou pohlceny.

V době psaní této knihy se teoretické důsledky tohoto pokusu dosud zkoumají, mělo by ale jít o nejpodrobnější měření jakékoli odchylky mezi očekávanou gravitační silou a skutečnými jevy v tomto miniaturním měřítku. To nám může v budoucnu umožnit nahlédnout, která z teorií kvantové gravitace nejlépe odpovídá tomu, co se ve skutečnosti děje.

Jeden nedávný objev, k němuž došlo na straně teorie, spočívá v tom, že mnohé teorie kvantové gravitace předpovídají jisté podivné chování kvantového prostoročasu. Zdá se, že ve velice malém měřítku, v němž převládá kvantová gravitace, by se částice měly chovat, jako by se nacházely ve dvoudimenzionálním vesmíru – v jednom rozměru času a jednom rozměru prostoru.

Ačkoli tato předpověď pochází z málo známé teorie kvantové gravitace nazývané kauzální dynamická triangulace, ukázalo se, že jde o společnou předpověď teorie strun, smyčkové kvantové gravitace i dalších teorií.

Tato předpověď vychází z předpokladu, že na úrovni atomů kvantového prostoru (někdy nazývaných kvantová pěna) dojde k deformaci prostoročasu a jedna dimenze pravděpodobně převládne nad jinými, takže kvantová gravitace bude nakonec působit v podstatě ve dvou rozměrech (i když tato zvolená prostorová dimenze nezůstane neměnná a bude měnit směr). Toto dosud nebylo potvrzeno, ale mohlo by nám to umožnit vyloučit pár obskurnějších teorií.

Tento text je úryvkem z knihy:
Brian Clegg: Gravitace
Jak nejslabší síla ve vesmíru formovala naše životy
Academia 2015
O knize na stránkách vydavatele

autor