Legătura dintre forțele gravitaționale și mecanica cuantică a reprezentat una dintre cele mai mari probleme din fizică din ultimii zeci de ani. Modul în care fluctuațiile cuantice afectează undele gravitaționale, adică valurile în domeniul spațiu-timp cauzate de mișcările obiectelor masive, pot oferi fizicienilor o modalitate de a rezolva acest mister.
În prezent, gravitația este singurul segment al fizicii care nu poate fi legat de mecanica cuantică. „În acest moment, teoria fizică fundamentală este incoerentă: aceasta este alcătuită din două părți care nu se potrivesc. Pentru a avea o imagine unitară coerentă, trebuie să combinăm cele două jumătăți”, a declarat Carlo Rovelli din cadrul Universității Aix-Marseille din Franța, care nu a fost implicat în cercetare.
De-a lungul timpului au existat mai multe lucrări teoretice cu privire la această problemă, dar nici una experimentală. Acest lucru se datorează în principal faptului că nivelurile de energie la care efectele cuantice asupra comportamentului forțelor gravitaționale ar fi evidente sunt extraordinar de ridicate. Acele niveluri ridicate de energie se regăsesc în evenimente astronomice, care produc unde gravitaționale.
Valurile produse de câmpurile cuantice, precum lumina, sunt, prin natura lor, atât unde, cât și particule. Așadar, dacă acele câmpuri gravitaționale sunt într-adevăr câmpuri cuantice, atunci undele gravitaționale ar trebui să se comporte și ca particule. Aceste particule ipotetice se numesc gravitoni.
În prezent, Maulik Parikh și colegii acestuia din cadrul Universității de Stat din Arizona au determinat faptul că existența gravitonilor ar putea crea vibrații în undele gravitaționale. Aceștia au descoperit faptul că, teoretic, vibrațiile ar putea fi detectate cu ajutorul observatoarelor de unde gravitaționale existente.
„Poate că natura cuantică a gravitației nu este atât de evidentă și poate că există o semnătură experimentală a acesteia. Predicția noastră este aceea că există un fel de zgomot, o granulație, a gravitației, iar caracteristicile acelui zgomot depind de starea cuantică a câmpului gravitațional”, a declarat Parikh.
Observarea acestor vibrații ar putea fi o dovadă a faptului că gravitația este o forță cuantică. „Avem toate motivele să credem acest lucru. Totuși, în știință sunt necesare teste empirice concrete, nu doar motive plauzibile”, a declarat Rovelli.
În prezent, Parikh și colegii săi încearcă să deducă aspectul zgomotului cuantic din cadrul undelor gravitaționale produse de evenimente astronomice, precum fuzionarea găurilor negre sau a stelelor de neutroni. Descoperirea acestui semnal și demonstrarea faptului că gravitația este un fenomen cuantic ar fi un pas major către unificarea gravitației și a mecanicii cuantice.
Deoarece gravitația este o caracteristică a tuturor materiei din domeniul spațiu-timp și din mecanica cuantică, acest lucru ne-ar aduce mai aproape de elaborarea unei teorii auto-consistente a tot ceea ce este în fizică.
„Întreaga poveste a gravitației este de fapt povestea spațiului și a timpului. Într-o teorie a tuturor lucrurilor, ne-am aștepta ca spațiul, timpul și materia să fie una și aceeași, iar respectarea acestui lucru ar fi un pas spre demonstrarea ei”, a declarat Parikh.
