Отсутствие результата: Гравитационный штиль

Иногда полезно бывает и ничего не найти – это тоже может быть вкладом в картину мироздания. Такой «отсутствующий» вклад внес и самый масштабный эксперимент по поиску гравитационных волн: ничего не найдено.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Масштабный проект LIGO объединяет ряд лабораторий, инструментов и целых исследовательских комплексов, задача которого одна — обнаружить гравитационные волны, возмущения пространства-времени, которые, как следует из Общей Теории Относительности (ОТО), должны возникать в результате ускорения массивных тел. До сих пор наблюдать их не удается, хотя, в теории, они должны быть довольно распространены во Вселенной.

Действительно, та «рябь» пространства-времени, которую вызывает движение обычных тел, даже в теории слишком мала, чтобы можно было ее обнаружить. Но если речь идет о движении действительно колоссальных массах — скажем, слиянии двух массивных черных дыр, или взрыве сверхновой — возможно, их удастся наблюдать.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Именно с этой целью несколько лет назад и был дан старт проекту LIGO, и пока не доведен до максимального уровня чувствительности. Ну а сообщение об отсутствии наблюдения гравитационных волн и вовсе касается обработанного массива данных, собранного в 2005—2007 гг. Однако если б в обозримой Вселенной действительно присутствовали гравитационные волны, LIGO бы обнаружил их. Неудивительно, что уже набирают уверенность голоса, предлагающие считать их несуществующими.

LIGO состоит из нескольких L-образных детекторов, в которых лазерный луч, расщепляясь надвое, затем подается в одну из ножек буквы L (в отличие от буквы, у детекторов длины обеих «ножек» одинаковы), после чего две половины снова соединяются. Если дистанция, пройденная ими, будет строго одинакова (или будет различаться ровно на фазу), лучи сольются идеально.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Если же вмешаются гравитационные волны, то, исходя из теории, можно сказать, что пространство-время в одной плоскости фронта волны будет сжиматься, а в перпендикулярной — расширяться. Это неминуемо скажется на расстоянии, пройденном половинками расщепленного луча: одна ножка L «удлинится», вторая — «укоротится», и лучи окажутся смещены друг относительно друга. Детектор моментально обнаружит изменения в результате наложения таких смещенных лучей.

Разумеется, гравитационная волна изменит размеры туннелей вовсе не на метры, и даже не на миллиметры. Измерения требуются столь тонкие, что для того, чтобы исключить вероятность случайности и потребовалось одновременное использование одинаковых интерферометров, разделенных в пространстве и работающих синхронно, но независимо друг от друга. Несмотря на всю продуманность эксперимента (а может — именно благодаря ей), пока никаких уверенных результатов получить не удалось.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На следующем этапе эксперимента, который даже получил собственное название Advanced LIGO («Продвинутый» LIGO), чувствительность аппаратуры будет увеличена, что позволит охватить объем пространства, на порядок больший в любом измерении (т.е. в тысячи раз больший по объему). Если и эта работа не позволит обнаружить гравитационные волны, задуматься придется всем: возможно, потребуется глубокий пересмотр ОТО, одного из столпов современной физики.

Впрочем, надежды еще остаются достаточно сильными: ученые думают, что благодаря новому уровню чувствительности удастся обнаружить гравитационные волны, порожденные еще Большим Взрывом. В теории, он создал мощнейший поток этих волн, и следы его вполне можно заметить сегодня в виде вторичных гравитационных возмущений всевозможных размеров и разбегающихся во всех направлениях — как беспокойная поверхность пруда сразу после того, как в него прыгнул купальщик.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Текущие результаты LIGO пока лишь ограничили минимальную величину этого хаотического фона. Что позволило ученым наложить новые теоретические ограничения на то, насколько детально можем мы заглянуть в прошлое, в самые первые моменты существования Вселенной. «Это единственный способ узнать что-либо о той молодой Вселенной, — говорит один из участников проекта LIGO Дэвид Рейтце (David Reitze), — И он уже позволяет начать отбрасывать некоторые самые экзотические космологические представления».

К примеру, некоторые интерпретации Теории Струн говорят о том, что именно одномерные струны, будучи основой нашего мироздания, «появились» первыми и, разворачиваясь в нескольких базовых измерениях, породили протяженное пространство-время. Но такие струны должны, колеблясь, порождать регулярные потоки гравитационных волн большой амплитуды. А раз таковых не наблюдается, эти струны должны быть куда короче, нежели до сих пор считалось.