Kwantowa teoria grawitacji może zmienić rozumienie czasu i przestrzeni. Pozwoli opracować m.in. nowe metody geolokalizacji

Naukowcy prowadzą intensywne badania nad wypracowaniem teorii wszystkiego, która połączy model standardowy oraz teorię kwantową. Dzięki temu możliwe będzie stworzenie innowacyjnych technologii kosmicznych, które wykraczają swoją funkcjonalnością poza rozwiązania oparte na teorii grawitacji Einsteina. Jednym z pierwszych sektorów gospodarki, który mógłby skorzystać na tym odkryciu, jest branża geolokalizacji.

– Cząstki elementarne są opisywane przez tzw. model standardowy. Teoria grawitacji Einsteina jest teorią klasyczną i opisuje wszystkie zjawiska grawitacyjne, jakie znamy, włączając w to GPS. Marzeniem teoretyków jest połączyć obie teorie, żeby wypływały z jednej dużej teorii. Były próby w postaci teorii strun, lecz nie przyniosła ona rezultatu. To jest ten Święty Graal fizyków teoretyków: stworzyć kwantową teorię grawitacji, która będzie w jednym formalizmie z modelem standardowym – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje prof. dr hab. Krzysztof Meissner z Instytutu Fizyki Teoretycznej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Eksperci z Imperial College London postanowili wyeliminować największe wady technologii lokalizacji satelitarnej, takie jak np. brak możliwości śledzenia położenia obiektów znajdujących się wewnątrz budynków, pod wodą bądź pod ziemią. Zaprojektowali akcelerometr kwantowy, który wykorzystuje laser do zamrażania atomów do wartości zbliżonej do zera absolutnego. W tej temperaturze atomy zaczynają funkcjonować według reguł teorii kwantowej, a co za tym idzie, można wykorzystać je do precyzyjnego pomiaru pola magnetycznego czy przyspieszenia, aby następnie przełożyć te dane na informacje geolokalizacyjne.

Choć takie zastosowanie technologii kwantowej nie przybliża naukowców do opracowania teorii wszystkiego, wdrożenie do użytku urządzeń tego typu pozwoliłoby pokonać niedoskonałości rozwiązań bazujących na modelu standardowym.

– Teoria grawitacji Einsteina zakłada, że znamy z dowolną dokładnością położenie satelity i jej prędkość. W teorii kwantowej jest to niemożliwe. Wiemy, że istnieje zasada nieoznaczoności, która mówi, że jeżeli znamy dokładnie położenie danego ciała, to już prędkość znamy tylko z pewnym przybliżeniem. Próby wprowadzenia tej nieoznaczoności do teorii grawitacji Einsteina na razie skończyły się niepowodzeniem – wskazuje prof. Krzysztof Meissner.

Stworzenie kwantowej teorii grawitacji może spowodować podważenie teorii Einsteina, w tym także dotychczasowe rozumienie czasu i przestrzeni.

– Na razie nie widzimy zastosowań dla kwantowej teorii grawitacji, ale to samo mówiono o teorii Einsteina, a okazało się, że GPS, z którego wszyscy korzystamy, przez fakt, że satelity są dalej od Ziemi niż my i inaczej biegnie czas, żeby zsynchronizować GPS z nami, musimy znać ogólną teorię względności Einsteina. Jestem przekonany, że kiedyś kwantowe teorie także się przydadzą – przekonuje badacz z Uniwersytetu Warszawskiego.

Według analityków z firmy MarketsandMarkets wartość globalnego rynku obliczeń kwantowych w 2019 roku wyniosła 93 mld dol. Przewiduje się, że do 2024 roku wzrośnie do 283 mld dol. przy średniorocznym tempie wzrostu na poziomie blisko 25 proc.