Космос для не космонавтов - Денис Игоревич Юшин

спектром излучения. Благодаря уравнениям ОТО стало понятно, что это одна туманность, свет от которой проходит до нас через гравитационную линзу. Таким образом, можно сделать очевидный вывод: гравитация принципиально нелинейна.

С помощью частного случая, гравитационного микролинзирования, когда масса гравитационной линзы очень мала, были обнаружены коричневые карлики. В данном случае именно коричневые карлики играли роль микролинзы, так как их невозможно было наблюдать иначе из-за очень небольшой (по звездным меркам) массы и практически полного отсутствия светимости.

Когда коричневый карлик встаёт на линию «наблюдатель – яркий объект», то наблюдается эффект микролинзирования в виде кольца света. По изменению яркости и расстоянию до наблюдаемого объекта можно приблизительно оценить массу коричневого карлика.

Гравитационное излучение (гравитационные волны)

Их обнаружение подтверждает, что имеется «ткань» пространства-времени, а значит, и теория гравитации, описываемая ОТО, получает очередное подтверждение. Спустя некоторое время после регистрации гравитационных волн и анализа полученных данных специалисты пришли к выводу, что несколько альтернативных ОТО теорий, предполагающих наличие дополнительных измерений во Вселенной, неверны.

Чёрные дыры

Описываются чёрные дыры только в ОТО. Поэтому полученное фото этого экзотического объекта служит отличным её подтверждением. Хотя мы не можем утверждать на все 100 %, что на фотографии именно чёрная дыра. Наверняка очень скоро появятся альтернативные объяснения. Но это даже хорошо! Ведь именно так и работает наука, подвергая сомнению любой зафиксированный результат. Потому-то ОТО и является главенствующей теорией – она уже многократно прошла проверку попытками опровержения.

А ещё проверены принцип эквивалентности, смещение перигелия, изменение частоты в поле тяготения, эффект гравитационного красного смещения. Кстати, последний был проверен международным проектом с российским участием «Радиоастрон». И каждый раз ОТО получала очередное подтверждение. Этот факт не может не удивлять. Ведь получается, что общая теория относительности уже описала существенную часть Вселенной.

Раздел 3

Шёпот Вселенной (гравитационные волны)

Продолжая тему теории относительности, необходимо рассмотреть ещё два очень важных и невероятно будоражащих сознание явления. Начнём с гравитационных волн, а в данном разделе – с краткого описания того, что такое гравитация.

Визуализация искривления пространства под действием гравитации

Это понятие даёт невероятный простор для спекуляций. Разнообразные домыслы и вымыслы могли быть вполне безобидными, вроде научной фантастики. Но нет. Гравитация послужила огромным полем деятельности разнообразных мракобесов, пользующихся отсутствием единой теории.

Есть только один стопроцентный факт о гравитации – мы практически ничего о ней не знаем. Мы знаем только, что это фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. В приближении малых скоростей (по сравнению со скоростью света) и слабого взаимодействия гравитация описана теорией тяготения Ньютона. В общем случае её описывает общая теория относительности. А вот квантовая теория гравитации, которая объединила бы две физические теории – квантовую механику и ОТО, – до сих пор не разработана. Этого не позволяет построить Теория всего.

При этом мы точно знаем, что гравитация есть. Без неё во Вселенной не было бы планет, звёзд, галактик и всего остального. Ведь именно она определяет ключевые условия равновесия и устойчивости астрономических систем.

Как мы её исследуем?

ОТО предсказывала, что гравитация распространяется в пространстве в виде волн со скоростью света. Эти волны невероятно сложно обнаружить. Чувствительности современных приборов хватает лишь на то, чтобы зафиксировать гравитационные волны от очень масштабных событий, таких как столкновение чёрных дыр.

Впервые гравитационные волны после нескольких десятков лет поисков астрономы зафиксировали в 2015 году. В 2017-м они впервые обнаружили как гравитационные волны, так и свет от одного события – слияния нейтронных звезд. Теперь исследователи используют эти данные для того, чтобы подтвердить некоторые основные факты о Вселенной.

Благодаря этим событиям учёным удалось добавить пару фактов в копилку знаний о гравитации:

1. Не найдено никаких доказательств «гравитационной утечки» и, как следствие, дополнительных измерений во Вселенной, что отсекает несколько альтернативных ОТО теорий. Ранее считали, что гравитация может проникнуть за пределы четырёх измерений (три координаты и время). Это привело бы к потере бóльшего количества энергии и в итоге вылилось в разницу между количеством световых и гравитационных волн. Однако их сравнение от столкновения нейтронных звёзд показало: этого не происходит.

2. Гравитация движется так, как предсказывает Общая теория относительности. Если бы гравитон (теоретическая частица-переносчик гравитационного взаимодействия) имел массу, как и любая другая частица, то гравитационные волны проявляли бы признаки импульса, что являлось бы нарушением ОТО. Этого не произошло, гравитон остался безмассовым. Таким образом, ОТО получила дополнительное подтверждение.

Кроме того, следует отметить, что квантовая теория гравитации по-прежнему ждёт своего открытия. Очень бы хотелось застать этот момент. Ведь перспективы её применения будоражат сознание. Хотя бы исследованием новых миров.

Об отсутствии дополнительных измерений во Вселенной. Эйнштейн по-прежнему прав

В одном из исследований учёные использовали данные, полученные от слияния нейтронных звёзд. В отличие от первого и нескольких последующих событий (слияния чёрных дыр) астрономы смогли наблюдать источник в электромагнитных волнах, что позволило немного продвинуться в изучении гравитации.

Ни для кого не секрет, что самые большие проблемы в изучении Вселенной создают тёмные материя и энергия. Скажем откровенно: мы их совершенно не понимаем. Однако на этих энергиях держится всё наше мироздание.

«Сегодня предложено большое количество всевозможных теорий, которые объясняют природу этих явлений. Есть и те, что отвергают тёмную материю и тёмную энергию, составляя альтернативу общей теории относительности. Они основываются на дополнительных измерениях. Например, одна из них утверждает, что на больших расстояниях гравитация “просачивается” в другое измерение и ослабевает», – пояснила Майя Фишбах, соавтор этого исследования.

Слияние нейтронных звёзд стало отличным способом проверить предсказания альтернативных теорий. Гравитационные волны от столкновения сопровождались обнаружением гамма-лучей, рентгеновских лучей, радиоволн, а также оптического и инфракрасного излучений. Это позволило точно определить расстояние до источника. Если бы гравитация просачивалась в другие измерения по пути к Земле, то сигнал, который был пойман детекторами гравитационных волн, был бы слабее, чем ожидалось. Но при сравнении видимого расстояния до источника с расчётным из данных LIGO оказалось, что это не так.

О величии открытия гравитационных волн и применении полученных знаний

Около 1,3 млрд лет назад две чёрные дыры закрутились в спиральном гравитационном танце, неумолимо падая навстречу друг другу. В итоге они столкнулись, преобразовав три солнечные массы вещества в чистую энергию за десятую долю секунды.

В этот редчайший миг зарево могло быть ярче всех звёзд во всех галактиках всей наблюдаемой Вселенной. Но у чёрных дыр энергия выделяется не в виде света. Вся эта энергия была вброшена в саму ткань пространства-времени, заставляя