Переосмысление эксперимента Фейнмана: запутанность как критерий квантовой гравитации ставится под сомнение

В самом сердце физики зияет фундаментальная трещина. С одной стороны, Общая теория относительности Эйнштейна представляет Вселенную как изящный и непрерывный пространственно-временной континуум, где гравитация — это геометрия, искривленная массой и энергией. С другой стороны, квантовая механика описывает хаотичный и вероятностный мир элементарных частиц, где энергия передается дискретными порциями. Эти две теории, каждая невероятно успешная в своей области, становятся взаимоисключающими, когда речь заходит о экстремальных условиях — таких как сингулярность внутри черной дыры или первые мгновения после Большого взрыва. Объединение их в единую теорию квантовой гравитации остается величайшим интеллектуальным вызовом современной науки.

В этом контексте эксперимент, предложенный Ричардом Фейнманом в 1957 году, долгое время считался потенциальным решающим аргументом. Его идея была элегантна и глубока: если два массивных объекта, взаимодействующих только посредством гравитации, смогут продемонстрировать квантовую запутанность — тот самый «жуткий дальнодействующий эффект», когда состояния частиц оказываются взаимозависимыми, — это станет неоспоримым доказательством того, что гравитация по своей природе квантована. Долгие десятилетия этот эксперимент оставался лишь мысленным упражнением, но сегодня, с развитием технологий, он приближается к грани реальности, вселяя надежду на окончательный ответ.

Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature, вносит серьезные коррективы в эту обнадеживающую картину. Международная команда исследователей провела собственные расчеты и пришла к провокационному выводу: наблюдаемая запутанность не является однозначным и безоговорочным свидетельством квантовой природы гравитации.

Ученые утверждают, что в некоторых случаях классическая гравитация, то есть описанная в рамках теории Эйнштейна без каких-либо квантовых поправок, также способна порождать этот загадочный феномен. Как отмечают авторы работы, проблема оказалась феноменологической: результат критически зависит от конкретных параметров и конструкции эксперимента, что делает интерпретацию наблюдений гораздо более тонкой задачей.

Ключ к этому парадоксальному открытию лежит в корректном применении квантовой теории поля. Предыдущие теоретические построения, доказывавшие, что классическая гравитация может осуществлять только локальные операции и обмен классической информацией и потому неспособна создавать запутанность, неявно опирались на стандартную квантовую механику для описания материи. Но материя в нашей Вселенной подчиняется не стандартной квантовой механике, а более фундаментальной и сложной квантовой теории поля. Когда исследователи построили модель, объединившую КТП для материи с классической гравитацией, они обнаружили, что такое взаимодействие естественным образом порождает квантовую коммуникацию между объектами.

Механизм этого процесса раскрывается через концепцию пропагаторов (функций, которые описывают распространение релятивистского поля (или его кванта) от одного акта взаимодействия к другому). Команда ученых объясняет, что квантовая коммуникация и последующая запутанность возникают не за счет гипотетических виртуальных гравитонов — переносчиков гравитационного взаимодействия в квантовой теории, — а благодаря пропагаторам виртуальной материи.

Таким образом, сама материя, подчиняющаяся законам квантовой теории поля, выступает посредником в создании запутанности, используя классическое гравитационное поле как канал. Это означает, что в предложенном Фейнманом эксперименте запутанность может быть следствием как квантовой гравитации через виртуальные гравитоны, так и классической гравитации, действующей на квантованную материю.

Несмотря на то что этот вывод усложняет задачу, он не делает эксперимент Фейнмана бесполезным. Хотя и классическая, и квантовая версии гравитации, согласно новому исследованию, могут приводить к запутанности, сила этого эффекта по-разному зависит от таких параметров, как масса объектов и длительность эксперимента. Это оставляет окно для возможности отличить один случай от другого.

Тем не менее, работа бросает вызов научному сообществу, заставляя пересмотреть казавшиеся незыблемыми аргументы и теоремы. Она не закрывает путь к открытию квантовой гравитации, но указывает на то, что дорога к нему оказалась более извилистой и требовательной к деталям, чем предполагалось ранее. Жизнь теоретиков, без сомнения, стала сложнее, но вместе с тем и интереснее, открыв новую главу в многолетнем поиске истины о фундаментальной структуре нашей реальности.