Na przestrzeni ostatnich stu lat nasze pojęcie o otaczającym nas świecie zmieniło się nie do poznania. Z jednej strony odkryliśmy, jak wygląda wszechświat w największej skali i jesteśmy w stanie odkrywać jedne z najodleglejszych obiektów we wszechświecie, których światło potrzebowało niemal całej historii wszechświata, aby do nas dotrzeć, a z drugiej jesteśmy w stanie przyjrzeć się materii tak dokładnie, w tak małej skali, że wszystkie oddziaływania, które tam zachodzą pomiędzy najmniejszymi cząstkami, nie przejmują się klasycznymi oddziaływaniami fizycznymi.
Problem jednak w tym, że tych pozornie dwóch części rzeczywistości mimo wysiłków pokoleń fizyków wciąż nie jesteśmy w stanie ze sobą połączyć. Z jednej strony, w makroskali mamy fizykę klasyczną obejmującą np. grawitację, a z drugiej strony, w mikroskali mamy świat regulowany prawami mechaniki kwantowej. Niby to ta sama rzeczywistość, a w zależności od tego, w jakiej skali na niego spoglądamy, działają na nią zupełnie inne siły.
Fizycy są przekonani, że połączenie grawitacji i mechaniki kwantowej pozwoliłoby nam stworzyć teorię grawitacji kwantowej, która mogłaby się stać teorią wszystkiego, której poszukiwania trwają od niepamiętnych czasów. Aby jednak to było możliwe, trzeba przyglądać się światu możliwie jak najbliżej granicy między tymi dwiema częściami rzeczywistości.
Takie podejście zastosowali naukowcy z Uniwersytetu w Southampton, którzy w swoim najnowszym eksperymencie zidentyfikowali niezwykle słabą siłę grawitacyjną oddziałującą na naprawdę małą cząstkę. To ogromne osiągnięcie, bowiem pomiary grawitacji działającej na naprawdę małe masy, jest niezwykle trudnym zadaniem. Wystarczy tutaj przypomnieć, że nawet Albert Einstein był przekonany, że nie ma możliwości skonstruowania takiego eksperymentu, w którym można by było zobrazować grawitację w wersji kwantowej.
Tutaj jednak naukowcom z pomocą przyszły lewitujące magnesy, które na pierwszy rzut oka, nie opadając na powierzchnię stwarzają pozory pozostawania zawieszonymi w przestrzeni w polu grawitacyjnym.
Opracowanie samego eksperymentu nie należało do zadań najprostszych. Konieczne było stworzenie swoistej pułapki magnetycznej wykorzystującej pola magnetyczne, wiele różnych systemów zdolnych izolować badany układ od drgań, oraz wyposażonej w precyzyjne detektory, zdolne zarejestrować wpływ pola grawitacyjnego na badaną cząstkę.
Wysiłek jednak się opłacił, bowiem naukowcom udało się zmierzyć siłę grawitacyjną rzędu 30 attoniutonów, czyli 30 miliardowych części miliardowej części niutona, działającą na cząstkę o masie 0,43 miligrama. Do niedawna taki pomiar całkowicie wykraczał poza możliwości naukowców.
Oczywiście, aby można było zmierzyć tak precyzyjnie oddziaływanie grawitacyjne działające na cząstkę, cały układ musiał zostać „uspokojony” poprzez doprowadzenie do temperatury bliskiej zeru absolutnemu. Naukowcy informują, że temperatura układu pomiarowego wynosiła zaledwie 0,01 stopnia powyżej tego punktu.
Jakby nie patrzeć, jest to rekordowy pomiar grawitacji przeprowadzony na najmniejszej dotąd masie. Jak jednak przekonują fizycy z Southampton, opracowana przez nich technika pozwala na więcej. Teraz celem badań będzie stopniowe zmniejszanie masy badanych cząstek i powolne zbliżanie się do granicy świata rządzonego przez mechanikę kwantową. Gdyby bowiem udało się zmierzyć oddziaływanie grawitacyjne działające na cząstki kwantowe, otworzyłyby się zupełnie nowe wrota do poznawania wszechświata w każdej skali. Według wielu fizyków, byłaby to prawdziwa rewolucja, która pozwoliłaby nam zbadać sam początek wszechświata, zajrzeć do wnętrza czarnych dziur i zrozumieć wiele zależności we wszechświecie, które całkowicie wymykają się współczesnym metodom i teoriom fizycznym.
#ciekawostki #nauka #grawitacja #fizykakwantowa