Підземний детектор спростував гравітаційне пояснення кота Шредінгера

22 вересня 2026 р. 10:59

22 вересня 2026 р. 10:59

Глибокий підземний експеримент в Італії поставив під сумнів одну з найстаріших ідей про те, чому «дивні» квантові ефекти не спостерігаються у світі великих об’єктів. Команда фізиків шукала надзвичайно слабкий сигнал випромінення, який, згідно з популярною моделлю, мав би виникати через мікроскопічні флуктуації простору-часу, спричинені гравітацією. Як повідомляє ScienceDaily , за 62 дні вимірювань жодного такого сигналу не виявили.

Квантові суперпозиції та проблема декогеренції

Квантова механіка дозволяє частинкам перебувати в суперпозиції — поєднанні кількох можливих станів одночасно. Саме ця ідея лягла в основу відомої думкової задачі з котом Шредінгера, який водночас і «живий», і «мертвий», доки ми не виконаємо спостереження.

У повсякденному світі ми нічого подібного не бачимо: великі об’єкти не існують у таких дивних поєднаннях станів. Перехід від квантової поведінки до звичної класичної описують поняттям декогеренції — зникнення характерних квантових ефектів. Чому саме декогеренція відбувається та чи має тут значення гравітація, досі залишається однією з головних відкритих проблем фундаментальної фізики.

Нове дослідження, підтримане Фондом фундаментальних питань інституту FQxI, виключило одну з найвідоміших гравітаційних моделей декогеренції. Результати опубліковані в журналі New Journal of Physics у червні 2026 року.

Модель Кародьгазі: як гравітація мала б «вбивати» суперпозиції

Експеримент проводили в Національній лабораторії Гран-Сассо (INFN-LNGS) в Італії — найбільшій у світі підземній лабораторії, присвяченій фундаментальній фізиці. Дослідники перевіряли модель, згідно з якою саме гравітація здатна поступово руйнувати квантові суперпозиції.

За загальною теорією відносності Ейнштейна, масивні об’єкти викривляють тканину простору-часу. У 1960-х роках угорський теоретик Фрідьєш Кародьгазі (Frigyes Károlyházy) припустив, що сам простір-час піддається невеликим, неминучим флуктуаціям. У його моделі ці флуктуації з часом порушують квантові суперпозиції та можуть пояснити, чому великі об’єкти не залишаються у «мертво-живих» станах на кшталт кота Шредінгера.

Ідея Кародьгазі й надалі привертала увагу й нещодавно була відроджена, уточнена та переформульована Анжело Бассі (Angelo Bassi) та колегами за підтримки FQxI.

Пошук надслабкого випромінення під горою

Передбачувані флуктуації простору-часу напряму зафіксувати неможливо. Однак, якщо вони існують, то мають побічний ефект: заряджені частинки повинні випадково рухатися й прискорюватися, випромінюючи надзвичайно слабке електромагнітне випромінення.

Знайти настільки слабкий сигнал надзвичайно важко, адже його легко «заглушує» фонове випромінення, наприклад, від космічних променів. Саме тому лабораторія Гран-Сассо є такою цінною: вона розташована під шаром гірської породи завтовшки близько 1,4 кілометра , який різко зменшує рівень зовнішнього випромінення і створює один із «найтихіших» середовищ на Землі для пошуку вкрай рідкісних фізичних явищ.

Команда використала детектор на основі високочистого кристалу германію розміром приблизно з кавову чашку. Його додатково екранували шарами міді та свинцю. Протягом 62 днів збиралися дані, після чого дослідники відняли очікуваний внесок фонового випромінення та порівняли те, що залишилося, з передбаченим моделлю Кародьгазі спектром.

Результат виявився однозначним: жодного додаткового сигналу не зафіксували.

Що означає відсутність сигналу

Отримані дані не доводять, що гравітація взагалі не пов’язана з квантовою декогеренцією. Але вони виключають одну з найстаріших і, з погляду теоретиків, «найприродніших» версій гравітаційно-індукованої декогеренції. Це дає фізикам жорсткіші обмеження для майбутніх теорій, які намагаються поєднати квантову механіку з гравітацією.

Автори роботи наголошують, що сама відсутність сигналу є важливим результатом: вона «звужує поле пошуку» теорій, що описують взаємодію гравітації та квантового світу, і робить крок до розв’язання однієї з найглибших загадок сучасної фізики.

Мінімальна довжина та тестування квантової гравітації

Модель Кародьгазі базується на припущенні, що природа накладає фундаментальну межу на точність вимірювання відстаней і положення об’єктів. Від часу її появи аналогічні ідеї з’являлися в багатьох сучасних підходах до об’єднання гравітації і квантової механіки, зокрема в теорії струн і петльовій квантовій гравітації.

Квантова гравітація зазвичай вважається сферою, до якої неможливо «дістатися» сучасними експериментами. Однак нове дослідження додається до дедалі більшого масиву робіт, які показують: принаймні деякі передбачення теорій, що поєднують гравітацію і квантову механіку, уже можна перевіряти.

На думку дослідників, сучасні прецизійні експерименти виходять на рівень чутливості, де вони здатні тестувати ідеї, що донедавна існували переважно у сфері теоретичних міркувань. І в міру того, як чутливість установок зростає, кордон між «чистою теорією» та вимірюваннями зміщується, відкриваючи нові можливості для відкриття фундаментальних принципів, які керують нашим Всесвітом.

Робота виконана за підтримки Foundational Questions Institute (FQxI) в межах програми «Свідомість у фізичному світі», яка об’єднує команди дослідників з різних країн, поколінь і наукових дисциплін та слугує інкубатором нових ідей.

Наука