Într-un articol recent publicat în revista Science Advances, sunt prezentate rezultatele unei măsurători a forței de atracție gravitaționale la scară microscopică; practic, o forță de atracție gravitațională de doar 30 de attonewtoni (10-18 N). Acest rezultat este important, deoarece ne duce un pas înainte spre studiul unui posibil regim cuantic al gravitației.
Gravitația
Forța de atracție gravitațională este descrisă de teoria lui Newton, în care această forță este exprimată printr-o formulă care ne arată cum atracția între două corpuri depinde de masa acestora și de distanța dintre ele.
O teorie a gravitației mai precisă a fost propusă de Albert Einstein – teoria relativității generale - în care noțiunea de forță este înlocuită de geometria spațiu-timpului, care depinde de conținutul de materie și energie din univers.
Teoria gravitației a lui Einstein
Teoria relativității generale a lui Einstein este extrem de bine confirmată experimental, observând diverse corpuri cosmice și dinamica acestora.
Practic, orice obiect din univers deformează geometria spațiu-timpului; obiectele, la rândul lor, în univers, se mișcă ținând cont de geometria acestuia.
Una dintre ultimele confirmări ale acestei teorii a fost obținută relativ recent prin măsurarea undelor gravitaționale de către antenele LIGO și VIRGO. Totuși, relativitatea generală este o teorie clasică, nu cuantică. Există oare o teorie cuantică a gravitației?
În căutarea unei teorii cuantice a gravitației
De-a lungul anilor s-a căutat unificarea teoriei relativității generale cu mecanica cuantică, în cadrul unei așa-numite teorii cuantice a gravitației. Einstein însuși a încercat să descopere o asemenea teorie.
În prezent, există mai multe propuneri pentru o teorie cuantică a gravitației, precum: teoria corzilor sau teoria cuantică cu bucle. Nu avem însă dovezi experimentale că una dintre acestea ar fi valabilă. Ba mai mult, s-ar putea ca nici să nu existe o asemenea teorie (așa cum susține fizicianul Roger Penrose). În cazul acesta, poate este de modificat teoria cuantică, iar nu cea a relativității generale.
Pentru a înțelege însă mai bine ce avem de făcut, sunt necesare experimente de mare precizie la nivel microscopic, adică studiul atracției gravitaționale la scară microscopică, acolo unde eventualele efecte cuantice ar putea să-și spună cuvântul.
Un nou experiment măsoară attonewtonul
În cadrul unui experiment efectuat la University of Southampton, în Marea Britanie, folosind un aparat experimental sofisticat, cu dispozitive supraconductoare, un fel de capcană cu câmpuri magnetice, detectoare sensibile și izolare avansată a vibrațiilor, s-a reușit să se măsoare o atracție gravitațională extrem de mică, de doar 30 aN (attonewtonul reprezintă a 10-18 newtoni), exercitată asupra unei particule minuscule de doar 0,43 miligrame, prin levitarea acesteia la temperaturi de o sutime de grad peste zero absolut (aproximativ -273 °C). Un adevărat record!
Spre regimul cuantic (al gravitației)?
Noua măsurătoare este extrem de importantă, deoarece face un pas înainte spre un regim (eventual) cuantic, adică spre studiul gravitației pentru obiecte cu masă foarte mică, obiecte care au un (posibil) comportament cuantic.
Mai sunt încă multe de făcut, deoarece tehnicile experimentale utilizate sunt foarte complexe – precum am văzut, temperaturi criogenice, aproape de zero absolut, dar și izolarea sistemului față de vibrațiile din mediul înconjurător.
O eventuală măsurătoare a unui regim cuantic – deci unul în care se așteaptă efecte cuantice în atracția gravitațională măsurată - ne-ar putea îndruma spre o nouă teorie, care ne-ar ajuta inclusiv să înțelegem ce este în interiorul găurilor negre, dar și cum evoluează universul, cum acesta a luat naștere și care ar fi teoria care descrie evoluția acestuia începând din primele momente.
Credit imagine: University of Southampton
Sursa: Measuring gravity with milligram levitated masses
