Rodžer Penrouz i tim potvrdili Ajnštajna kod atoma u padu

Međunarodni tim naučnika sa Univerziteta Ben Gurion u Negevu u Izraelu, uz učešće nobelovca Rodžera Penrouza i fizičara sa Univerziteta Oksford, prvi put je direktno izmerio kvantnu fazu koju nosi atom u slobodnom padu. Rezultat, objavljen 2. septembra 2026. u časopisu Science Advances, pokazuje da Ajnštajnov princip ekvivalencije, jedan od temelja opšte teorije relativnosti, važi i za materiju koja se ponaša po pravilima kvantne mehanike. Rad nosi naziv Observation of the quantum phase of free fall and the consistency with the equivalence principle, sa oznakom DOI 10.1126/sciadv.aec8045, u tomu 12, broj 36.

Princip ekvivalencije kaže da gravitacija lokalno nestaje za posmatrača u slobodnom padu, isto kao što čovek u kabini lifta bez sajle oseća bestežinsko stanje. Ta tvrdnja je do sada potvrđena sa velikom preciznošću na običnoj materiji, od loptica i satelita do atoma u savremenim gravitacionim senzorima. Kod kvantnih objekata provera je bila teža, jer atom se ponaša kao talas i može istovremeno da prati više od jedne putanje. Predviđanje da bi takav talas u padu trebalo da nosi merljivu razliku u fazi u odnosu na nepokretan potiče iz rada fizičara Čarlsa Goltona Darvina iz 1927. godine. Eksperiment koji bi tu razliku izmerio predložili su 2020. Vlatko Vedral i Kjara Marleto, oboje sa Oksforda, delom i da provere pretpostavku samog Penrouza, da bi kvantna superpozicija mogla da se raspadne kada objekat ostane dovoljno dugo u tom stanju.

Aparaturu za merenje, nazvanu kvantni Galilejev interferometar, napravila je grupa profesora Rona Folmana na Ben Gurionu. Tim je ohladio oko 20.000 atoma rubidijuma na oko tri milijardite dela stepena iznad apsolutne nule, na atomskom čipu sa tankim zlatnim žicama. Mikrotalasni pulsevi podelili su talas svakog atoma na dva puta: jedan je magnetnim poljem koje je tačno poništilo gravitaciju ostao nepokretan u odnosu na laboratoriju, dok je drugi pušten da slobodno pada, po putanji sličnoj lopti bačenoj uvis. Razdvojenost dva puta opisana je samo kao tanja od ljudske dlake, bez date vrednosti u mikronima. Poseban podatak, 113 mikrona, odnosi se na nešto drugo: to je udaljenost oblaka atoma od samog čipa sa žicama, ne rastojanje između dva puta interferometra. Slobodan pad trajao je do 2,4 hiljadita dela sekunde, a podaci su prikupljeni kroz 633 prolaza po 30 sekundi, ukupno 5,3 sata merenja. Prvi autor eksperimentalnog dela je doktorand Or Dobkovski.

Izmerena faza je rasla sa trećim stepenom vremena pada, tačno kako je predvideo Darvin, i tim je isključio konkurentske modele sa eksponentom 2,85 i 3,15. Poklapanje sa Ajnštajnovim predviđanjem opisano je uopšteno kao odstupanje u okviru nekoliko odsto, dok sam naučni rad za jedan konkretan član jednačine, takozvani T3 član, navodi razliku od 2,5 odsto između modela i izmerenih podataka. Metoda ima i granicu: jačina interferencije, koja pokazuje koliko su dva talasa ostala usklađena, opala je na oko četvrtinu početne vrednosti kod najdužih padova, jer se dva razdvojena dela talasa teže vraćaju u potpuno preklapanje.

Ovo je jedinstven rad, u smislu da spaja težak eksperiment sa dalekosežnim teorijskim tumačenjem, o jednom od najosnovnijih pitanja u fizici.

poručio je Ron Folman, profesor na Univerzitetu Ben Gurion i vođa grupe koja je napravila aparaturu, u saopštenju povodom objave rada.

Nemamo doslednu teoriju koja bi nam rekla zašto bi kvantna fizika trebalo da otkaže. Ovaj eksperiment gura kvantnu mehaniku na jednu od njenih najzanimljivijih granica, gravitaciju, i pokazuje da njena predviđanja i ovog puta stoje.

dodao je Vlatko Vedral, profesor na Univerzitetu Oksford i jedan od onih koji su predložili eksperiment. U izjavi prenetoj uz prikaz eksperimenta, Vedral je rezultat sažeo i kraće: “Rezultat pokazuje da na ovom nivou složenosti načelo ekvivalencije nije nespojivo sa načelom kvantne superpozicije.”

Na radu su, pored Ben Gurion univerziteta i Oksforda, učestvovali i Univerzitet u Ulmu, Univerzitet Sautempton, Nemački vazduhoplovni centar, Institut za kvantne tehnologije u Ulmu i Univerzitet Tehas A&M. Folmanova grupa u Negevu već radi na proširenju metode na mnogo teže objekte, uključujući nanodijamante, jer bi tamo, po rečima istraživača, kvantna pravila prva popustila ako uopšte popuštaju.

Šta ovaj eksperiment ne dokazuje. Merenje ne daje jedinstvenu teoriju koja bi spojila kvantnu mehaniku i gravitaciju, i ne pokazuje da je gravitacija sama po sebi kvantna pojava. Ono što pokazuje jeste da je princip ekvivalencije, u granicama ispitanih masa i vremena, i dalje spojiv sa kvantnom superpozicijom. Penrouzova pretpostavka o samostalnom kolapsu superpozicije ostaje neproverena: sadašnji eksperiment nije koristio ni dovoljno masivne objekte ni dovoljno dugo trajanje superpozicije da bi je testirao, a Vedral je naveo da bi takav test, po Penrouzovoj proceni, morao da traje oko hiljadu puta duže. Autori rada takođe upozoravaju da postoje i modeli u kojima princip ekvivalencije ne važi, a koji bi predvideli potpuno istu izmerenu fazu, pa ni takvi modeli ovim merenjem nisu isključeni.