Náčrtek mechanismu experimentu. Kredit: B. Schröder/HZDR.

Gravitační vlny jsou velkým příběhem moderní vědy. Předpovězeny Einsteinem a po celém století poprvé přímo pozorovány gravitační observatoří v roce 2015. Dnes už vcelku přesvědčivě víme, že když se srazí černé díry nebo třeba neutronové hvězdy, časoprostor se rozvlní gravitačními vlnami, které se pohybují rychlostí světla.

Ralf Schützhold. Kredit: HZDR.

Teoretický fyzik Ralf Schützhold z německého centra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hodlá zajít ještě dál. Vymyslel experiment, v němž je možné gravitační vlny nejen pozorovat, ale dokonce také manipulovat. Pokud by se to povedlo, experiment by přineslo nové poznatky ke kvantové povaze gravitace.

Jak říká Schützhold, gravitace ovlivňuje všechno, včetně elektromagnetického záření. Projeví se to i při interakci gravitačních a elektromagnetických vln. Jeho myšlenka je založená na přenosu energie světelné vlny na gravitační vlnu. Když k tomu dojde, energie světelné vlny se o něco sníží a energie gravitační vlny zase o stejné množství zvýší. Jde o energii odpovídající jednomu nebo několika gravitonům, zatím stále zcela hypotetickým částicím, které mají zprostředkovávat gravitaci.

Logo. Kredit: HZDR.

Podle Schützholda by proces mohl fungovat i naopak. V takovém případě by gravitační vlna uvolnila energii do světelné vlny. Mělo by být možné měřit oba efekty, tedy stimulovanou emisi a absorpci gravitonů, i když, jak badatel přizná, neobejde se to bez vynaložení značného experimentálního úsilí. Tyto projevy, v podstatě nepatrné změny frekvence světelných vln, by totiž měly být extrémně malé.

Schützhold propočítal gigantické proporce takového experimentu. Jde o to, že by se v něm laserové pulzy v oblasti viditelného nebo blízce infračerveného spektra měly odrazit tam a zpátky mezi dvěma zrcadly asi tak milionkrát. Pokud budou zrcadla vzdálené kilometr, urazí laserové pulzy optickou dráhu milion kilometrů. Zhruba tak by měl vypadat experiment, který by s pomocí sofistikovaného interferometru mohl zviditelnit uvedené jevy.

Co by takový experiment mohl přinést? Pokud se světelné vlny nebudou při interakci s gravitačními vlnami chovat dle předpokladů, experiment vyvrátí dnešní teorii s gravitony. Když to proběhne podle očekávání, tak to sice nebude přímý důkaz existence gravitonů, ale řekněme silný náznak toho, že existují. Teď už jen zbývá takový experiment postavit a směle do toho!

Video: Ralf Schützhold – Partner modes and bi-partite vs multi-partite entanglement

Literatura

HZDR 16. 12. 2025.

Physical Review Letters 135: 171501.