В поисках гравитационных волн

Гравитационные волны ? одно из важнейших предсказаний общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которую великий ученый опубликовал в 1915 году. В ней предлагалось новое понимание гравитации, при котором важную роль играет «пространство-время».

Общая теория относительности

Альберт Эйнштейн

^{Джозеф Вебер}

^{©Virginia Trimble}

Каждый из них представлял собой крупный алюминиевый брусок, подвешенный на тонких проволоках таким образом, чтобы изолировать от влияния наземных вибраций. По теории Вебера, проходя через алюминиевый стержень, гравитационная волна должна была заставить его колебаться.

Разумеется, такие вибрации были бы слишком ничтожны, но специальные кристаллы, связанные с брусками, должны были уловить даже малейшее сжатие алюминия и дать  электрический сигнал.

Вебер утверждал, что ему удалось таким образом зарегистрировать гравитационные волны, но другие исследователи, повторив опыт, не смогли воспроизвести его результатов. Несмотря на то, что попытка Джозефа Вебера считается неудачной, его по праву можно назвать пионером в области экспериментальных доказательств гравитационных волн.

Реликтовые гравитационные волны

Но интерес к гравитационным волнам вызван не только возможностью найти окончательное экспериментальное доказательство общей теории относительности Эйнштейна. Регистрация так называемых реликтовых гравитационных волн, которые распространяются в пространстве со времени Большого Взрыва, позволит заглянуть в момент рождения нашей Вселенной,

С этой целью огромный радиотелескоп BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), находящийся на Южном полюсе, уже в течение многих лет сканирует небо в поисках малейших изменений в космическом микроволновом (реликтовом) излучении, которое появилось спустя 380 000 лет после Большого Взрыва. Именно начиная с этого момента космос стал проницаем для световых фотонов, которые начали распространяться во все стороны. 

Хотя реликтовое излучение уже давно и хорошо изучено, астрономы считают, что в нем может содержаться информация о реликтовых гравитационных волнах. Фотоны реликтового излучения рассеялись от изначальных атомов и других частиц, образовавшихся после Большого Взрыва, примерно как световые лучи доходят до Земли, рассеиваясь от атомов атмосферы, придавая дневному небу голубой оттенок.

Поэтому солнечный свет, падающий на нас, поляризирован ? равно как поляризированы и фотоны реликтового излучения (до 5% по оценкам ученых).

Но какое отношение это имеет к гравитационным волнам?

Вспомним, что проходя через пространственную ткань, гравитационные волны сжимают ее в одном направлении и растягивают в перпендикулярном. Фотоны, рассеиваясь сквозь измененную материю, слегка поляризируются благодаря гравитационной волне, что должно оставить след в реликтовом излучении.

Инфляционная модель Вселенной

Обнаружение такой поляризации позволит не только показать существование реликтовых гравитационных волн, но и докажет инфляционную модель ? экспоненциальное расширение Вселенной сразу после Большого Взрыва.

^{Реликтовые гравитационные волны представят доказательства расширения материи непосредственно после Большого Взрыва}

^{©mysearch.org}

Хотя инфляционная модель, предложенная в 1981 году Аланом Гутом, хорошо объясняет все основные свойства наблюдаемой Вселенной, многие физики отказываются ее принимать, ссылаясь на альтернативные гипотезы. 

Тем не менее, инфляция ? единственная теория, которая предсказывает усиление гравитационных волн, вызванное квантовыми флуктуациями в гравитации. Именно благодаря этому усилению возможна регистрация следов гравитационных волн в микроволновом космическом излучении.

Напомним, что, по ожиданиям научного сообщества, сегодня в восемь часов вечера по московскому времени будет сделано историческое объявление о регистрации влияния реликтовых гравитационных волн телескопом BICEP.

Если открытие подтвердится, это, безусловно, станет крупнейшим событием года в мировой науке и принесет его авторам заслуженную Нобелевскую премию по физике.