Все разделы
Велика Эпоха мультиязычный проект, эксперт по Китаю
×
Все новости » Наука и технологии » Космос » Гравитационные волны — пять мифов об их существовании

Гравитационные волны — пять мифов об их существовании


Учёные, работающие с телескопом BICEP2, в прошлом году сообщили об открытии гравитационных волн, представляющих собой рябь во времени-пространстве. Объявленное самым крупным открытием века, оно оказалось ложной тревогой: сигнал был всего лишь галактической пылью.

Так, сможем ли мы когда-нибудь найти гравитационные волны? И обеспечат ли они неопровержимые доказательства теории Большого Взрыва? Вот пять распространённых мифов и заблуждений о гравитационных волнах.

1. Неудачи возникают только на стадии разработки

Может показаться, что поиск гравитационных волн только начался, но на самом деле он безуспешно тянется уже несколько десятилетий.

Гравитационные волны представляют собой пульсацию импульсов, или «рябь», произведённую в ткани времени-пространства движением по ней массивного объекта. Во время распространения они растягиваются и теснят встречающиеся на пути объекты, хотя и на внутриатомном уровне. Именно поэтому учёные пытаются доказать существование гравитационных волн, поскольку видят, как реагируют расположенные рядом объекты.

GravitationalWave_PlusPolarization

Проходящая гравитационная волна растягивается и теснит объекты на своём пути. Фото: Wikimedia

В 1968 году американский физик Джозеф Вебер утверждал, что он обнаружил гравитационные волны с помощью своего эзотерического детектора, который состоял из огромных алюминиевых цилиндров. Позднее его открытие было опровергнуто.

Сейчас учёные предпочитают использовать лазерную интерферометрию для поиска гравитационных волн. Она работает путём разделения лазерного луча в двух перпендикулярных направлениях и отправки каждого по длинной вакуумной трубе. Эти два пути затем отражаются обратно зеркалами до точки, где находится детектор ― откуда они начали движение. Если волны побеспокоят гравитационные волны на своём пути, рекомбинированные лучи будут отличаться от оригинала.

Наземные интерферометры, такие как Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), имеют штанги (ответвления) длиной около четырёх километров. Будущие космические интерферометры, такие как Обсерватория гравитационной волны Деси-герц (DECIGO) и Лазерно-формирующаяся интерферометрическая космическая антенна (ELISA) используют лазерные штанги, охватывающие до миллиона километров. Эти эксперименты, как ожидается, будут запущены в течение следующего десятилетия, а Pathfinder миссии Elisa стартуют в ближайшее время.

2. Волны приходят из зарождающейся Вселенной

Самым сильным источником гравитационных волн на самом деле являются астрофизические процессы, которые происходят всё время.

Самым распространённым из источников является вращение пар белых карликов или чёрных дыр (так называемых «бинарных систем»). Такие пары, как полагают, постепенно теряют энергию, испуская гравитационные волны. Это было обнаружено с открытием первого двойного пульсара Халса-Тейлора в 1974 году. Пульсар косвенно доказал существование гравитационных волн, поскольку он терял энергию со скоростью, которая была прогнозируема общей теорией относительности (сами волны не были замечены).

Тем не менее учёные также ищут гравитационные волны, созданные вскоре после рождения Вселенной. Это так называемые первичные гравитационные волны, которые являются гораздо более трудноуловимыми.

3. Однажды телескоп BICEP2 смог «обнаружить» гравитационные волны

Одной из целей BICEP2 было обнаружение следа первичных гравитационных волн, запечатлённых в температуре космического микроволнового фона (CMB). Это излучение содержит свет, который впервые появился из густого тумана элементарных частиц, когда Вселенной было всего 300 000 лет, задолго до того, когда родились первые звезды.

Когда световые волны колеблются в определённом направлении, мы говорим, что они имеет определённую поляризацию. Если гравитационные волны присутствовали в то время, когда появились CMB, они должны были оставить позади уникальный вихревой шаблон — завихрение в поляризации света, называемое «B-режимом».

Таким образом, B-режимы являются лишь косвенным доказательством гравитационных волн. Важно понимать, что такие эксперименты, как BICEP2, никогда не смогут сами по себе обнаружить гравитационные волны, они могут найти только их следы.

Для обнаружения этих следов даже космическое запыление представляет препятствие. В-режимы, как правило, маскируются более сильными сигналами выбросов пыли и эффектом «гравитационные линзы», которое смешивает различные типы узоров поляризации. Устранение этих и многих других загрязняющих веществ является наиболее сложной задачей, из-за чего учёные часто полагаются на результаты других экспериментов.

Эта сложная задача будет решаться за счёт следующего поколения экспериментов типа BICEP, таких как Космологический телескоп Атакама (ACT) и его преемник AdvACT. Они будут иметь возможность измерять реликтовое излучение в более широких масштабах и учтут ценные уроки BICEP-а в моделировании пыли и других загрязнений. Перспективы обнаружения B-режимов в течение десяти лет выглядят многообещающе.

Некоторые даже предполагают, что космические интерферометры смогут определить первичные волны, возможно, путём вычитания волн, обнаруженных в известных астрофизических процессах.

4. Гравитационные волны смогут «доказать» теорию Большого взрыва

Самым ранним источником гравитационных волн был не Большой взрыв, а космологическая инфляция ― период, в течение которого Вселенная подверглась короткой вспышке экспоненциального расширения, случившейся сразу после Большого Взрыва.

Гравитационные волны, которые, как утверждалось, обнаружил BICEP2, были побочным продуктом этого всплеска ускорения расширения Вселенной. Это соответствует общей теории относительности, предполагающей, что ускоряющиеся тела излучают гравитационные волны (аналогично тому, как ускоряющийся заряд излучает электромагнитные волны).

Инфляция в настоящее время рассматривается в качестве ведущей модели ранней Вселенной. В то время как многие ключевые прогнозы инфляции были проверены, гравитационные волны остаются неуловимыми. А они могут рассказать нам непосредственно о масштабе энергии, на которой произошла инфляция, и приблизить к пониманию Большого взрыва. Но они не докажут Большого взрыва как такового, поскольку он является математической сингулярностью, которую ещё предстоит понять.

5. Нам нужен ещё лишь один эксперимент, чтобы найти их

Статистические доказательства гравитационных волн, безусловно, потребуют более одного эксперимента. Как и световые волны, гравитационные волны появляются в спектре частот. Два метода обнаружения (B-режима и лазерной интерферометрии) ищут волны на разных частотах.

Простейшая теория инфляции предсказывает фон первичных гравитационных волн с определённой частотностью спектра, другими словами, мы знаем, что амплитуда должна быть в каждой частоте. Так что, если учёные смогут обнаружить гравитационные волны на двух этих разных частотах, это будет сильным аргументом в доказательстве инфляции, которую трудно опровергнуть, даже самым бескомпромиссным скептикам.

Так стоит ли искать?

Маловероятно, что первое поколение космических интерферометров сможет достичь требуемой чувствительности для обнаружения первичных гравитационных волн. Как точно будет выглядеть такой сигнал — неизвестно и может, в принципе, быть навсегда вне досягаемости для любого будущего интерферометра.

Тем не менее, если бы мы могли обнаружить непосредственно астрофизические гравитационные волны, это бы открыло новые пути для проверки обоснованности общей теории относительности Эйнштейна, которую используют, чтобы описать гравитацию в современной физике. Эта теория, которая уже была поставлена под сомнение в последние годы, предсказывает существование гравитационных волн.

Это также позволит понять процессы эволюции звёзд, галактик и чёрных дыр, которые мы не сможем получить каким-либо другим способом.

 

Сири Чунчитнан — профессор, читает лекции в математическом Университете Халла.

 

Версия на английском 

Оцените статью:1 - плохо, не интересно2 - так себе3 - местами интересно4 - хорошо, в общем не плохо5 - супер! так держать! (Нет голосов)
Loading...

Если Вам понравилась статья, не забудьте поделиться в соцсетях

Обсуждение закрыто.

Спецтемы:


Top