Физики из Австрии и Австралии описали принцип эквивалентности Эйнштейна в рамках квантовой механики. Это открытие, возможно, позволит разрешить противоречия, возникающие при попытках создать единую теорию, описывающую гравитационное и другие виды фундаментальных взаимодействий. Статья ученых опубликована в журнале Nature Physics.

Согласно принципу эквивалентности, в равномерном гравитационном поле (на поверхности Земли) все тела двигаются точно так же, как если бы они находились в равномерно ускоренной системе координат в отсутствии тяготения (разгоняющийся в пустом пространстве лифт). Иными словами, гравитационная и инертная массы равны. Этот принцип также объясняет, почему все тела, независимо от массы, падают на землю с одинаковым ускорением. Для перемещения тел с большой массой требуется приложить значительную силу, однако они и притягиваются гравитацией сильнее, чем легкие предметы.

Принцип эквивалентности лежит в основе общей теории относительности Эйнштейна, однако он применим лишь к макромиру. Квантовая механика, объясняющая фундаментальные взаимодействия в микромире, и теория гравитации оказались несовместимы, хотя каждая максимально точно описывает физические явления в соответствующих масштабах. Отчасти это связано с тем, что не было известно, как принцип эквивалентности может применяться по отношению к фундаментальным частицам, которые, например, могут находиться в суперпозиции – одновременно в двух взаимоисключающих энергетических состояниях.

В новой работе ученые показали, что принцип эквивалентности может выполняться в квантовом мире. Новая формулировка учитывает суперпозицию энергетических состояний, и, поскольку энергии можно выразить через массу, суперпозицию масс. Таким образом, физики постулировали эквивалентность между массой покоя частицы, инертной массой и гравитационной массой. Однако ученые отмечают, что для доказательства принципа потребуются экспериментальные исследования.