Ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της σύγχρονης φυσικής παραμένει η δύσκολη συνύπαρξη δύο θεμελιωδών θεωριών που, αν και εξαιρετικά επιτυχημένες, φαίνεται να αντιτίθενται μεταξύ τους: της Γενικής Σχετικότητας του Albert Einstein και της Κβαντικής Μηχανικής. Η πρώτη ερμηνεύει με εκπληκτική ακρίβεια τη συμπεριφορά του Σύμπαντος σε κοσμική κλίμακα, περιγράφοντας πώς η βαρύτητα καμπυλώνει τον ίδιο τον χωροχρόνο. Η δεύτερη, με εξίσου εντυπωσιακά αποτελέσματα, διέπει τον κόσμο του απειροελάχιστου: άτομα, ηλεκτρόνια, φωτόνια και όλα τα σωματίδια του μικρόκοσμου, λειτουργούν με τρόπους που πολλές φορές ξεπερνούν τη διαίσθηση.
Το μεγάλο ζητούμενο της επιστήμης είναι η σύνθεση αυτών των δύο συστημάτων σε μια ενιαία θεωρία κβαντικής βαρύτητας, ένα θεωρητικό πλαίσιο που θα ενοποιεί τις δυνάμεις του Σύμπαντος υπό έναν ενιαίο φυσικό νόμο. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, η πλήρης γεφύρωση αυτού του χάσματος παραμένει άπιαστο όνειρο.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό PRX Quantum έρχεται να προσφέρει μια πρωτοποριακή προσέγγιση στην εξερεύνηση αυτής της σχέσης. Η ερευνητική ομάδα, αποτελούμενη από τους Igor Pikovski (Stevens Institute of Technology), Jacob Covey (University of Illinois Urbana-Champaign) και Johannes Borregaard (Harvard University), προτείνει τη χρήση των κβαντικών δικτύων, μιας τεχνολογίας που συνδυάζει τις ιδιότητες της κβαντικής φυσικής με τις δυνατότητες της σύγχρονης πληροφορικής.
Τα κβαντικά δίκτυα, τα οποία στο μέλλον ενδέχεται να αποτελέσουν τη βάση ενός παγκόσμιου, υπερ-ασφαλούς κβαντικού διαδικτύου, δεν είναι απλώς εργαλεία για την επόμενη γενιά επικοινωνιών. Αποτελούν επίσης ένα πολλά υποσχόμενο πειραματικό πεδίο για τη θεμελιώδη φυσική, προσφέροντας μια νέα οπτική γωνία στην κατανόηση των νόμων που διέπουν την πραγματικότητα.
Η βασική ερώτηση που θέτουν οι επιστήμονες είναι απλή στη διατύπωση αλλά βαθύτατα φιλοσοφική: Μπορεί η βαρύτητα, μέσω της ιδιότητάς της να καμπυλώνει τον χωροχρόνο, να επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η κβαντική μηχανική;
«Υποθέτουμε ότι η κβαντική θεωρία ισχύει παντού, αλλά στην πραγματικότητα δεν γνωρίζουμε αν αυτό είναι αλήθεια», εξηγεί ο Igor Pikovski. «Είναι πιθανό η βαρύτητα να μεταβάλλει τις βασικές αρχές της κβαντικής μηχανικής. Κάποιες θεωρίες προβλέπουν τέτοιες αποκλίσεις και η τεχνολογία της κβαντικής πληροφορικής μας επιτρέπει πλέον να τις ελέγξουμε».
Η πρόταση της ομάδας βασίζεται σε φαινόμενα του κβαντικού κόσμου όπως η διεμπλοκή (entanglement), μέσω της οποίας δύο σωματίδια, ανεξάρτητα από την απόστασή τους, παραμένουν συνδεδεμένα και αλληλοεπηρεάζονται με τρόπους που αψηφούν τη συμβατική λογική. Σε ένα κβαντικό δίκτυο, τα σωματίδια αυτά μπορούν να διανεμηθούν σε απομακρυσμένους κόμβους και να συνδεθούν μέσω ζευγών Bell και κβαντικής τηλεμεταφοράς, τεχνικές που επιτρέπουν τη μετάδοση πληροφορίας χωρίς φυσική μεταφορά της ύλης.
Η ακριβής μέτρηση των αλληλεπιδράσεων αυτών των διεμπλεκόμενων σωματιδίων θα μπορούσε να αποκαλύψει μικροσκοπικές αποκλίσεις από τις προβλέψεις της καθαρής κβαντικής μηχανικής. Αν η καμπυλότητα του χωροχρόνου επιδρά έστω και ελάχιστα στους νόμους του μικρόκοσμου, τότε αυτό θα έπρεπε να καταγράφεται ως παραμόρφωση στα δεδομένα των μετρήσεων. Μια τέτοια ανακάλυψη θα μπορούσε να είναι η πρώτη ένδειξη μιας απευθείας σύνδεσης μεταξύ της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντικής Μηχανικής.
Η σημασία αυτής της προσέγγισης είναι διττή. Από τη μία πλευρά, προσφέρει έναν νέο δρόμο για την πειραματική εξερεύνηση της κβαντικής βαρύτητας, ενός πεδίου που μέχρι τώρα παρέμενε κυρίως θεωρητικό. Από την άλλη, υπογραμμίζει πώς η πρόοδος στην τεχνολογία της πληροφορίας και των επικοινωνιών μπορεί να τροφοδοτήσει τη βασική έρευνα σε πεδία που κάποτε θεωρούνταν απρόσιτα.
[via]
