Спустя 11 лет физики должны переосмыслить гравитационные волны

Ученые, работающие на радиотелескопе Паркса, объявили, что спустя 11 лет поиска доказательств гравитационных волн их поиски остались ни с чем. Это проблема для физики, согласно которой гравитационные волны должны существовать, если общая теория относительности не подлежит пересмотру и остается надежной. Разрешение несоответствий может потребовать переосмысления физики черных дыр или появления еще более серьезной физической теории. Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Science.

Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн вскоре после написания общей теории относительности — это предсказание стало одним из важнейших в теории. В принципе, если гравитация работает так, как полагал Эйнштейн, движение массивных тел должно порождать рябь в пространстве-времени. Нам часто предлагают представлять гравитационные колодцы в виде конических углублений, вызванных падением шаров для боулинга на двумерный лист резины, и мы можем представить, что если шары будут двигаться по листу, углубления будут двигаться вместе с ними.

«Волна» появляется из-за того, что гравитация действует не мгновенно, а со скоростью света; помните старый мысленный эксперимент на тему внезапного исчезновения Солнца? Земля будет оставаться на орбите в течение нескольких минут — достаточно долго, чтобы волны убывающей гравитации прошли расстояние от эпицентра до Земли. Менее серьезные изменения гравитации (например, если звезда будет просто двигаться, а не исчезнет) вызовут менее серьезные гравитационные волны.

Ученые телескопа Паркса пытались обнаружить эти волны, глядя на время прибытия регулярных сигналов известных пульсаров. Установка для суперкомпьютера — искать любые паттерны расхождений в наносекундах времени прибытия этих импульсов — должна была в теории выявить любые мощные пертурбации в топологии пространства-времени. И если бы этот паттерн двигался со временем, поздравляем, вы засекли отслеживаемую гравитационную волну. Ученые особенно наблюдали за взаимодействием черных дыр, поскольку столкновение двух таких плотных тел должно было вызвать гравитационную волну, которую можно было бы наблюдать с применением современного оборудования.

Помимо желания проверить теорию относительности, физики хотели засечь гравитационные волны, поскольку они представляют собой уникальный источник информации о Вселенной. Если две крупные галактики сталкиваются, сверхмассивные черные дыры, которые согласно теории должны быть в центре каждой галактики, тоже в определенный момент столкнутся. С точки зрения сбора света это событие будет совершенно невидимо, будучи скрытым светом окружающих его звезд — но не с точки зрения гравитации. Если физики смогли бы наблюдать гравитационные волны, а точнее их рябь, во Вселенной как ответ на движение крупных масс, они гипотетически могли бы заглянуть за барьер и наблюдать прямое столкновение черных дыр.

Что теперь? Есть несколько вариантов. Неужели там нет черных дыр? Маловероятно. Неужели они сталкиваются не так, как было предсказано? Возможно, но тоже маловероятно. Более вероятно то, что эти столкновения происходят не так, как предсказывалось ранее. Ученые подозревают, что столкновения могут происходить быстрее, производя крупные гравитационные волны на более короткий промежуток времени. Традиционное понимание черных дыр подсказывает, что их столкновения должны представлять собой довольно долгий танец — но теперь похоже на то, что это не так.

Ранее некоторые ученые утверждали, что обнаружили гравитационные волны, но их заявления не прошли проверку научного сообщества. Физики пока не отказываются от идеи существования гравитационных волн, а скорее раздумывают над тем, как засечь их наверняка.