Тихий шум гравитации: как услышать квантовую природу тяготения
В тёмной комнате тикают невидимые часы. Их ход выдаёт себя только едва заметным дрожанием стрелок. Так и гравитация: если она не квантовая, то должна слегка дрожать, как будто её толкает невидимая толпа. Это дрожание и есть шум.
Физики выяснили, что у любой теории без квантовых частиц гравитации этот шум не может быть сколь угодно маленьким. Они построили общую схему, которая описывает дрожание для всех таких теорий. Для этого понадобилось всего три простых условия: закон Ньютона должен выполняться в среднем, эволюция не должна заглядывать в будущее, и законы не должны меняться при равномерном движении.
Этот порог для пары тел массой по миллиграмму на расстоянии миллиметра соответствует ускорению примерно $10^{-18}$ м/с²/√Гц. Это в тысячу раз меньше, чем уже умеет измерять космический аппарат LISA Pathfinder. Разница кажется большой, но инженеры уже работают над более чувствительными датчиками, и цель достижима.
Тиканье часов в темноте можно измерить, не видя самих часов. Так и здесь: не нужно напрямую наблюдать квантовую запутанность. Достаточно измерить шум и сравнить его с порогом. Если он ниже, значит гравитация квантовая, и запутанность уже произошла. Если выше, можно отбросить целые классы теорий. Осталось лишь навострить слух.
Порог шума для миллиметровых масс всего в тысячу раз ниже того, что уже достигнут в космическом эксперименте LISA Pathfinder. То есть нужная чувствительность не фантастически далека, а находится в пределах инженерной досягаемости.
Идея, что гравитация может быть не квантовой, а стохастической, перекликается с романом Грега Игана «Лестница Шильда», где физика в разных областях пространства подчиняется разным правилам. Здесь же вопрос стоит о том, какие правила действуют в нашей Вселенной, и ответ может дать лабораторный шум.