Гравітаційні хвилі

Сь­о­год­ні на прес-кон­фе­рен­ції офі­ці­й­но по­відо­ми­ли про ви­яв­лен­ня гра­ві­та­ці­й­них хвиль у ла­зер­но-ін­тер­фе­ро­мет­рич­ній гра­ві­та­ці­й­но-хви­льо­вій об­сер­ва­то­рії (ЛІ­ГО). Це, піс­ля експе­ри­мен­таль­н­о­го під­твер­джен­ня іс­ну­ван­ня бо­зо­ну Гіґ­са, дру­га у цьо­му сто­літ­ті по­дія, на яку вар­то на­зи­ва­ти по­ді­єю з ве­ли­кої лі­те­ри. Бо на їх­ньо­му тлі оці всі еко­но­міч­ні кри­зи, ві­й­ни, ка­тас­т­ро­фи, мі­г­ра­ції, по­лі­тич­ні та спор­тив­ні за­хо­ди є всь­о­го ли­ше ко­лупан­ням у влас­но­му лай­ні од­н­о­го з ви­дів мавп, які над­мір­но ос­тан­нім ча­сом роз­мно­жи­ли­ся на не­ве­лич­кій пла­не­ті бі­ля жо­в­т­о­го кар­ли­ка, що пе­ре­бу­ває на за­край­ку ціл­ком зви­чай­ної га­лак­ти­ки.

Ува­га, да­лі бу­де про фі­зи­ку! Мо­ва йде про те, що біль­ше мі­льяр­да ро­ків то­му зіш­тов­х­ну­ли­ся дві чор­ні ді­ри з ма­са­ми бли­зь­ко 30 сонць кож­на. У ре­зуль­та­ті утво­ри­ла­ся од­на біль­ша чор­на ді­ра, а енер­гія, що при­близ­но від­по­ві­дає пов­ній енер­гії трьох сонць, роз­сі­я­ла­ся у про­с­то­рі у ви­гля­ді гра­ві­та­ці­й­них хвиль, тоб­то влас­них ко­ли­вань про­с­то­ру-ча­су. 14 ве­ре­с­ня ми­ну­л­о­го ро­ку во­ни до­сяг­ли на­шої пла­не­ти і бу­ли впер­ше по­мі­че­ні за до­по­м­о­гою ґіґант­сь­ких ін­тер­фе­ро­мет­рів. Це та­кі шту­ки, які дозво­ля­ють по­ба­чи­ти ко­ли­ван­ня від­ста­ні між дво­ма па­ра­ми то­чок, від­да­ле­них на чо­ти­ри кі­ло­мет­ри од­на від од­ної, з від­нос­ною точ­ніс­тю 10^-22, що для та­ких від­ста­ней дозво­ляє ба­чи­ти ко­ли­ван­ня з ам­п­лі­ту­дою мен­шою, ніж роз­мір про­то­на. За до­по­м­о­гою двох та­ких ін­тер­фе­ро­мет­рів, по­бу­до­ва­них у різ­них точ­ках США, вда­ло­ся від­ді­ли­ти сиг­нал від шу­му і на­віть при­близ­но ви­зна­чи­ти на­пря­мок, звід­ки цей сиг­нал на­д­і­йшов.

За­вдя­ки та­кій точ­нос­ті ви­мі­рю­ван­ня, вда­ло­ся не ли­ше під­твер­ди­ти на­яв­ність гра­ві­та­ці­й­них хвиль, які пе­ред­ба­чає те­о­рія від­нос­нос­ти, але й от­ри­ма­ти до­сить точ­ний ча­со­вий про­філь цих ко­ли­вань. Чо­му це важ­ли­во? Річ у тім, що та­кий про­філь, а точ­ні­ше ха­рак­те­рис­тич­ні ча­с­то­ти ко­ли­вань, за­ле­жать ду­же си­ль­но від де­фор­ма­ції про­с­то­ру-ча­су по­бли­зу чор­них дір. Ос­кіль­ки ко­ли­ван­ня доб­ре збі­га­ю­ть­ся з те­о­ре­тич­ним мо­делю­ван­ням цьо­го про­це­су в рам­ках те­о­рії Ай­н­штай­на, це є но­вим не­за­леж­ним під­твер­джен­ням ці­єї те­о­рії, до то­го ж у ре­жи­мі си­ль­ної гра­ві­та­ції. А по­за­як до­сь­о­год­ні, за ве­ли­ким ра­хун­ком, спо­сте­рі­га­ли­ся ли­ше від­нос­но слаб­кі гра­ві­та­ці­й­ні ефек­ти у Со­няч­ній сис­те­мі, які є по су­ті ма­ли­ми по­прав­ка­ми до те­о­рії Нью­то­на, гра­ві­та­ці­й­ний сиг­нал від зі­тк­нен­ня чор­них дір дозво­ляє те­пер упев­не­но зро­би­ти ви­сно­вок, що те­о­рія Ай­н­штай­на пра­цює і в та­ких ек­с­т­ре­маль­них си­ту­а­ці­ях. Од­ним сло­вом, дя­дь­ко Аль­берт мо­же со­бою пи­ша­ти­ся!

Та­ким чи­ном, ані експе­ри­мен­ти з Ве­ли­ким Ад­рон­ним Ко­лай­де­ром, ані гра­ві­та­ці­й­ні хви­лі, не ви­яви­ли но­вих не­очі­ку­ва­них ефек­тів на фун­да­мен­таль­но­му рів­ні. Всі про­це­си у Все­сві­ті, які ми ма­є­мо мож­ли­вість ба­чи­ти, чу­до­во опи­су­ю­ть­ся дво­ма те­о­рі­я­ми: Стан­дар­т­ною мо­деллю та За­галь­ною те­о­рі­єю від­нос­нос­ти. Ли­ша­є­ть­ся ли­ше дві гло­баль­них про­б­лем­ки: як ці дві те­о­рії обʼ­єд­на­ти в од­ну і чо­му Все­світ по­во­ди­ть­ся так, на­че в нь­о­го на­пха­но до­сто­бі­са вся­кої чор­ної ма­те­рії та енер­гії, яких ми не ба­чи­мо в експе­ри­мен­тах.

Тут до­реч­но бу­де зга­да­ти, що та­ка си­ту­ція в фі­зи­ці вже бу­ла — на­при­кін­ці XIX сто­літ­тя, ко­ли зда­ва­ло­ся, що все доб­ре опи­су­є­ть­ся за­ко­на­ми ме­ха­ні­ки, піс­ля чо­го вже на по­чат­ку XX сто­літ­тя бу­ло від­кри­то ду­же ба­га­то ці­ка­в­о­го. То­му, як­що припус­ти­ти, що люд­с­т­во має май­бут­нє, ціл­ком мож­ли­во, що на нас че­кає від­крит­тя но­вих на­прям­ків у фі­зи­ці. Але це ли­ше припу­щ­ен­ня, звіс­но.

Далі...