Experiment na pomezí kvantové mechaniky a relativity. Kredit: Or Dobkowski.

Už je rok 2026 a ve fyzice je v podstatě stále vše při starém. Obecná relativita vládne železnou rukou v makrosvětě, zatímco mikrosvět je zcela v moci kvantové mechaniky. Oba tyto koncepty uspokojivě fungují – ve svých vymezených hranicích. Pokud byste ale chtěli hranice překročit nebo snad dokonce relativitu smířit s kvanty, pak hasíte hořící pánev plnou oleje vodou.

Ron Folman. Kredit: Ben-Gurion University.

Fyzici ovšem – a budiž jim to ke cti – se jen tak nevzdávají. Ron Folman z Ben-Gurion University of the Negev a jeho spolupracovníci, včetně nobelisty Rogera Penroseho provedli průzkum bojem v divokém pohraničí mezi těmito dvěma navzájem naprosto cizími světy. Povedlo se jim poprvé pozorovat dlouho předpovídaný účinek gravitace na padající kvantový objekt.

Šlo o charakteristickou změnu kvantových vlastností atomů při pádu v gravitačním poli. Ještě lepší ale bylo, že měření přesně odpovídá tomu, co předpovídá Einsteinův princip ekvivalence, jeden ze základních pilířů obecné relativity, pokud jej aplikujeme na kvantový objekt.

Podle principu ekvivalence by pro pozorovatele ve volném pádu měla gravitace lokálně zmizet. Člověk, který by například volně padal ve výtahu, by zažíval stav beztíže. Tento koncept prošel důkladnými testy s běžnou hmotou. Zatím ale nebylo jasné, jak ho experimentálně ověřit u kvantových objektů, které se mohou chovat jako vlny a v jistém smyslu se pohybovat po více drahách současně.

Atomový čip v experimetu. Kredit: Ben-Gurion University.

Folman a spol. přivedli na scénu nové zařízení Quantum Galileo Interferometer. Dokáže neobvyklou věc. Rozdělí kvantovou vlnu spojenou s atomem na dvě dráhy, jednu část udrží na místě a druhou nechá volně padat. Potom obě části vlny znovu spojí. Vědci díky tomu mohli zjistit, jak gravitace padající kvantovou vlnu změnila.

Badatelé pracovali s oblaky atomů rubidia ochlazenými těsně nad absolutní nulu a manipulovali s nimi v bezprostřední blízkosti povrchu speciálně navrženého atomového čipu. Nejprve dostali ultrachladné atomy do kvantové superpozice pomocí mikrovlnných pulzů. Každý atom tím pádem mohl putovat dvěma různými drahami současně.

Poté vědci pomocí miniaturních elektrických vodičů na čipu vytvářeli nastavitelná magnetická pole, která sloužila k manipulaci s atomovými vlnami a k řízení experimentu. Nakonec použili interferenci pro měření kvantových fází opětovně spojených částí atomové vlny, přičemž výsledek přesně odpovídal předpovědi Einsteinova principu ekvivalence. Bylo to první přímé měření předpovězené kvantové fáze volně padajícího objektu.

Folman s kolegy ale současně varují, že jejich experiment nesjednocuje kvantovou mechaniku s gravitací a ani neříká, že samotná gravitace je kvantová. Byl to pro ně úspěšný začátek, po němž se pustili do ještě drsnějších experimentů, v nichž atomy rubidia nahrazují mnohem těžší nanodiamanty. Brzy se dozvíme víc!

Video: Ron Folman – Experiments at the interface of general relativity... (September 5, 2025)

Video: Ron Folman: Can a Rock be a Wave?

Literatura

University of Oxford 3. 9. 2026.

Science Advances online 2. 9. 2026.