Fyzikové zkoumají, jak silná gravitace ovlivňuje Josephsonův spoj

Fyzikové se v roce 2026 vracejí k otázce, která zní jako ze sešitu teoretika, ale má docela konkrétní praktický základ: co se stane s kvantovým obvodem, pokud ho umístíme do extrémně silného gravitačního pole, jaké panuje v blízkosti černé díry? Konkrétně jde o Josephsonův spoj, zařízení, které v kvantové elektronice funguje jako jeden z nejpřesnějších měřicích nástrojů, jaké lidstvo má.

Josephsonův spoj se skládá ze dvou supravodičů oddělených nesmírně tenkou nevodivou bariérou, často jen několik atomů silnou. Přes tuto bariéru mohou párové elektrony, takzvané Cooperovy páry, procházet kvantovým tunelováním, aniž by ztratily svou fázovou koherenci. Klíčová vlastnost spoje spočívá v tom, že když na něj přivedeme napětí, obvod začne oscilovat s frekvencí, která je přímo a s vysokou přesností úměrná tomuto napětí. Tento jev se využívá i v metrologii, kde slouží jako etalon napětí, protože převod je natolik spolehlivý, že se na něm dá stavět mezinárodní standard.

Otázka, kterou si teoretici kladou, zní: pokud by takový obvod fungoval v blízkosti objektu s extrémní gravitací, jako je černá díra, změnila by se samotná kvantová pravidla, podle nichž spoj pracuje, nebo by šlo jen o to, jak by zařízení vnímal vzdálený pozorovatel? Jinými slovy, mění gravitace fyziku uvnitř obvodu, nebo pouze zkresluje způsob, jakým se informace o jeho chování dostávají k někomu, kdo se dívá zdaleka?

Tato otázka má hluboký fyzikální základ v obecné teorii relativity, konkrétně v jevu gravitačního rudého posuvu a dilatace času. Podle Einsteinovy teorie čas plyne pomaleji v silnějším gravitačním poli. Pro pozorovatele, který je od černé díry daleko, by se veškeré děje probíhající blízko horizontu událostí jevily zpomalené. Pokud by tedy Josephsonův spoj generoval oscilace o určité frekvenci v silném gravitačním poli, vzdálený pozorovatel by naměřil frekvenci nižší, posunutou právě kvůli gravitačnímu rudému posuvu. Neznamenalo by to však, že by samotný kvantový mechanismus uvnitř zařízení fungoval jinak. Z pohledu pozorovatele, který by se nacházel přímo u obvodu, by fyzika zůstala stejná, jaká je popsána standardní kvantovou teorií.

Teoretici, kteří se touto otázkou zabývají, tak dochází k závěru, že gravitace v tomto smyslu nemění samotná pravidla kvantové mechaniky, ale ovlivňuje způsob, jakým jsou jevy vnímány a měřeny z jiného referenčního rámce. Je to podobný princip, jaký platí i pro jiné hodiny nebo oscilátory: silné gravitační pole nezmění, jak fungují uvnitř svého lokálního prostředí, ale změní, jak jejich chod interpretuje někdo, kdo se nachází mimo toto pole.

Zároveň se ale objevují úvahy, zda by extrémně silné gravitační gradienty, jaké se vyskytují těsně u singularity nebo horizontu událostí, mohly mít vliv i na samotnou strukturu kvantového tunelování v bariéře spoje. Tady se fyzika teprve pohybuje na hranici testovatelných modelů, protože žádné experimentální zařízení se zatím nedostalo a v dohledné době ani nemůže dostat do prostředí s tak extrémní gravitací. Veškeré závěry tak zůstávají čistě teoretické a vycházejí z kombinace obecné