ในไม่ช้าแรงโน้มถ่วงควอนตัมอาจได้รับการทดสอบในห้องปฏิบัติการด้วยการวิเคราะห์ใหม่จากนักฟิสิกส์ในสหราชอาณาจักร ฝรั่งเศส และฮ่องกง จากความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม นักวิจัยพบว่าถ้าแรงโน้มถ่วงเป็นควอนตัมโดยพื้นฐานมากกว่าแบบคลาสสิก จะต้องสร้างลายเซ็นที่เรียกว่าไม่ใช่เกาส์เซียน เพื่อหาลายเซ็นดังกล่าว
พวกเขาเสนอให้ตรวจสอบก๊าซที่เย็นจัด
ของอะตอมซีเซียมหลายพันล้านอะตอมที่มีอยู่ในสถานะที่เรียกว่าคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ (BEC) ความพยายามที่จะรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกันมักจะเกี่ยวข้องกับการหาปริมาณแรงโน้มถ่วงเพื่อสร้างทฤษฎีของแรงโน้มถ่วงควอนตัม เช่น ทฤษฎีสตริงหรือแรงโน้มถ่วงควอนตัมแบบวนซ้ำ อย่างไรก็ตาม ด้วยข้อมูลเชิงประจักษ์เพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยที่จะสนับสนุนทฤษฎีดังกล่าว นักฟิสิกส์บางคนได้พัฒนาทฤษฎีการรวมทางเลือกอื่น ๆ ซึ่งสสารจะถูกหาปริมาณ แต่ตัวแรงโน้มถ่วงเองก็ยังคงเป็นตัวแปรดั้งเดิมโดยพื้นฐาน
ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่คิดว่าการแยกความแตกต่างระหว่างทฤษฎีทั้งสองประเภทนี้ในห้องปฏิบัติการจะเป็นไปไม่ได้ เมื่อพิจารณาจากมาตราส่วนที่กาลอวกาศควรกลายเป็นเชิงปริมาณ “ความยาวพลังค์” – เพียง 1.6×10 – 35 ม. – สามารถตรวจสอบได้โดยตรงโดยการชนอนุภาคโดยใช้เครื่องเร่งความเร็วขนาดเท่าทางช้างเผือกเท่านั้น
มวลพลังค์ที่จัดการได้อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเชิงลึกจากวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัมแนะนำว่าการทดสอบความโน้มถ่วงควอนตัมสามารถทำได้ในระดับที่สามารถจัดการได้ของ “มวลพลังค์” ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 22 ไมโครกรัม ความท้าทายคือการสร้างระบบจริงที่สามารถคงสถานะควอนตัมที่สอดคล้องกันในระดับมหภาคนี้ และการแก้ปัญหาอาจอาศัยเทคนิคที่พัฒนาขึ้นสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมและเทคโนโลยีควอนตัมอื่นๆ
ข้อเสนอหนึ่งที่เสนอโดย Vlatko Vedralจาก University
of Oxford และนักวิจัยคนอื่นๆ ในปี 2017 เกี่ยวข้องกับการสังเกตควอนตัมพัวพันระหว่างไมโครสเฟียร์สองอัน ซึ่งแต่ละอันวางทับซ้อนกันของตำแหน่งเชิงพื้นที่สองแห่ง โดยการปิดกั้นปฏิสัมพันธ์ที่เป็นไปได้อื่น ๆ ทั้งหมดระหว่างทรงกลม สิ่งกีดขวางใด ๆ จะต้องเกิดขึ้นผ่านปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง แต่อย่างที่ริชาร์ด ฮาวล์ จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ที่มหาวิทยาลัยนอตติงแฮมในสหราชอาณาจักร และเวดรัลชี้ให้เห็นในงานวิจัยใหม่ของพวกเขา ผลกระทบแบบคลาสสิกที่ไม่ใช่ในท้องถิ่นอาจนำไปสู่การพัวพันดังกล่าวได้
เพื่อทำการทดสอบความโน้มถ่วงควอนตัมที่ชัดเจนยิ่งขึ้น งานใหม่นี้ต้องอาศัยการไม่เกาส์เซียนแทน จำเป็นต้องดำเนินการคำนวณควอนตัมสากล นี่คือคุณสมบัติของระบบควอนตัมซึ่งตัวดำเนินการวิวัฒนาการเวลาไม่ได้เป็นเพียงฟังก์ชันเชิงเส้นหรือกำลังสองของตัวแปรควอนตัม ตัวอย่างเช่น อนุภาคสสารที่เปล่งกราวิตอนจะไม่ใช่แบบเกาส์เซียน เนื่องจากไดอะแกรมไฟน์แมนที่แสดงถึงปฏิสัมพันธ์จะเกี่ยวข้องกับโอเปอเรเตอร์ควอนตัมสามตัว
พันล้านอะตอมฮาวล์และเพื่อนร่วมงานได้แสดงให้เห็นในทางทฤษฎีว่าถ้าระบบไม่แสดงผลแบบเกาส์เซียน ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงของมันจะต้องเป็นแบบกลควอนตัม ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขายังระบุระบบควอนตัมที่สามารถตรวจสอบคุณสมบัตินี้ได้ และสามารถตั้งค่าได้โดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ ระบบนั้นคือ BEC ซึ่งเป็นสถานะของสสารที่อะตอมทั้งหมดถูกทำให้เย็นลงจนมีอุณหภูมิต่ำจนสิ้นสุดสถานะควอนตัมเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยแนะนำว่าคอนเดนเสทที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 มม. ของซีเซียม-133 อะตอม 4 พันล้านอะตอมถูกกักขังในกับดักแสงทรงกลมเป็นเวลาประมาณ 2 วินาที
มีหลายวิธีในการตรวจสอบระบบนี้
ทางเลือกหนึ่งเกี่ยวข้องกับการปล่อยคอนเดนเสทออกจากกับดักแล้วส่งผ่านตัวแยกลำแสงสสาร โดยการวัดจำนวนอะตอมในลำแสงที่ส่งออกทั้งสองลำและทำซ้ำกระบวนการหลายๆ ครั้ง ความแตกต่างระหว่างตัวเลขเหล่านั้นควรเป็นไปตามการกระจายแบบไม่ใช่เกาส์เซียน ถ้าแรงโน้มถ่วงเป็นกลไกควอนตัมจริงๆ
นักฟิสิกส์ยืนยันว่าการตั้งค่านี้มีข้อดีเหนือไมโครสเฟียร์หลายประการ มันเกี่ยวข้องกับระบบควอนตัมเพียงระบบเดียวในตำแหน่งเดียว ตัวอย่างเช่น และทีมงานโต้แย้งว่า BEC ยืมตัวเองตามธรรมชาติเพื่อขจัดปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่จะแสดงไม่ใช่เกาส์เซียนด้วย ดังนั้นจึงอาจสร้างสัญญาณบวกที่ผิดพลาด
เสียงสะท้อนของ Feshbachในขณะที่พวกเขาชี้ให้เห็น การทดลองไมโครสเฟียร์จะลดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการวางทรงกลมให้เป็นส่วนที่เพียงพอ – ในระยะห่างที่แรงโน้มถ่วงร่วมกันของวัตถุนั้นแรงกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนี้ยังช่วยลดปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ด้วยคอนเดนเสท เรโซแนนซ์ของ Feshbach ยอมให้ความแข็งแรงโดยรวมของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอะตอมของส่วนประกอบเป็นศูนย์เมื่อระบบสัมผัสกับสนามแม่เหล็กหรือลำแสงเลเซอร์ที่เหมาะสม
การดำเนินการทดลองในห้องปฏิบัติการจะเกี่ยวข้องกับการเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคจำนวนหนึ่ง รวมถึงวิธีการทำให้อะตอมอยู่ในสถานะควอนตัมเริ่มต้น ก่อนหน้านี้ BEC ได้ถูกจัดให้อยู่ในรัฐขนาดใหญ่ที่ไม่ใช่แบบคลาสสิก แต่ไม่ได้อยู่ในประเภทที่ต้องการที่นี่ นั่นคือสภาวะบีบตัวในระดับมหภาค ซึ่งใช้ประโยชน์จากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กเพื่อลดสัญญาณรบกวนในตัวแปรที่วัดได้ ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งหรือโมเมนตัมของ BEC ซึ่งทำให้ค่า Noise เพิ่มขึ้นในตัวแปรอื่นซึ่งไม่ส่งผลต่อการวัด
แรงโน้มถ่วงควอนตัมสามารถตรวจสอบได้โดยมวลพัวพันการสร้างสถานะนี้จะเป็นเรื่องยาก เนื่องจากจะต้องเปลี่ยนสถานะการหมุนและเลขอะตอมที่ถูกบีบ ซึ่งไม่เคยทำมาก่อนสำหรับ BEC ขนาดใหญ่เช่นนี้ อีกวิธีหนึ่งคือ Howl กล่าว อาจเป็นไปได้ที่จะใช้สถานะการบีบที่เล็กกว่ามาก แต่นั่นก็หมายถึงการเพิ่มทั้งจำนวนอะตอมในคอนเดนเสทและจำนวนการทดลองทดลองตามลำดับความสำคัญสองระดับ
Gerard Milburnที่มหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ในออสเตรเลียมีความกระตือรือร้นเกี่ยวกับหลักการที่อยู่เบื้องหลังงานใหม่นี้ โดยอธิบายว่าการเปลี่ยนไปใช้ลายเซ็นที่ไม่ใช่แบบเกาส์เซียนเป็น “ความคิดที่ดีมาก” แต่เขาเตือนว่าการนำแนวคิดนั้นไปปฏิบัติจะไม่ง่าย เนื่องจากเสียงควอนตัมที่เกิดจากไดนามิกที่ไม่ใช่แบบเกาส์เซียนในตัวคอนเดนเสทเอง “ฉันเดาว่าผลกระทบเหล่านี้จะอย่างน้อยก็เท่ากับผลกระทบที่ไม่ใช่แบบเกาส์เซียนที่มาจากแรงโน้มถ่วงควอนตัม” เขากล่าว
Credit : perulionsclubnewyork.org petermazz.com phicomputer.com photoshopdersi.net
