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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Термоустойчивый биопластик 11.12.2020 Пластики могут разлагаться сотни или даже тысячи лет, а биопластики - в течение нескольких лет. Раньше эти материалы не выдерживали высокие температуры, но теперь исследователи смогли сделать изделия из биопластика устойчивыми даже к кипящей воде Обычные пластмассы обладают прочностью и гибкостью по сравнению с материалами, изготовленными из биомассы. Но самое главное то, что многие синтетические полимеры стабильны при температурах около 100°C, чего не скажешь о биопластике. Американские ученые нашли способ модификации биоразлагаемых пластмасс, который позволяет увеличить их термостойкость. За основу ученые взяли полимолочную кислоту - дешевый биопластик, который обычно использует для упаковки пищи, изготовления бутылок и одноразовой посуды. Обычно этот материал начинает разрушаться уже при 60°C. Но исследователи выяснили, что температура плавления этого полимерного материала сильно зависит от его внутренней структуры. Авторы изменили методику синтеза полимолочной кислоты так, что внутри нее начали образовываться нанокристаллиты. Это увеличило плотность пластика и сделало его более прочным и термически устойчивым. Исследователи смогли создать из материала чашку и наполнить ее кипятком. Пластик не разрушился и даже не стал мягче. Новый материал, в отличие от традиционных пластиков, быстрее разлагается в окружающей среде и имеет меньший углеродный след при производстве. Биопластик в перспективе сможет существенно снизить нагрузку на окружающую среду. С увеличенной термостойкостью материал найдет еще больше бытовых применений.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026