trim_c (trim_c) wrote,
trim_c
trim_c

Category:

Гравитационные волны подтвердили размерность Вселенной

Обнаружение гравитационных волн принесло сенсацию и Нобелевскую премию. Однако породило и вопрос - а что мы с этого будем иметь?
Да, есть ожидания о новой астрономии, подобно тому, какие вызвали и оправдали радио- или рентген-астрономия.

Но тут все совсем другое - колоссальные трудности фиксации вызывают естественный скептицизм относительно возможностей: а может это все так и останется демонстрацией фокуса изумляющей тонкости эксперимента, а в остальном бесполезным курьезом?

Вот один из первых реальных результатов, достигнутых с помощью гравитационных волн

         


Американские физики уточнили размерность пространства-времени, сравнив расстояние до источника, рассчитанное по затуханию гравитационных волн и по красному смещению электромагнитного излучения. Ученые выполнили такие расчеты для события GW170817 и выяснили, что размерность нашего пространства-времени примерно равна D ≈ 4,0 ± 0,1. Кроме того, они установили нижнюю границу на время жизни гравитона, которая составила около 450 миллионов лет. Препринт статьи выложен на сайте arXiv.org.

Общая теория относительности, и Стандартная модель построены в предположении, что мы живем в четырехмерном пространстве-времени. Точнее, в (3+1)-мерном: 3 пространственных измерения и одно временно́е. С другой стороны, ученые склонны сомневаться в самых элементарных утверждениях. Может быть, размерность нашего пространства-времени не в точности равна четырем, а просто очень близка к этому значению? В самом деле, существуют теории, в которых наше пространство-время вложено в пространства с большей размерностью. Поэтому, вообще говоря, четырехмерность нашего мира нужно доказывать, а не принимать на веру.

В Общей теории относительности напряженность гравитационных волн спадает обратно пропорционально первой степени расстояния от источника: h ~ 1/r. Однако в теориях с бо́льшим количеством измерений этот закон модифицируется, и затухание происходит быстрее: h ~ 1/rγ, где γ = (D − 2)/2, а D — количество измерений. Получается, что энергия волны как будто «утекает» в дополнительные измерения. Вычисляя «электромагнитное» и «гравитационное» расстояние до нейтронных звезд, физики определили, что степень зависимости γ ≈ 1,00 ± 0,03, то есть размерность нашего пространства D ≈ 4,0 ± 0,1.

         
Распределение вероятности того, что мы живем в D-мерном пространстве.
Линии разных цветов отвечают разным значениям постоянной Хаббла,        
используемой в расчетах
                                                                            


Дополнительное затухание гравитационных волн может возникнуть из-за того, что гравитоны являются нестабильными частицами и распадаются за время путешествия от источника до детектора. Отталкиваясь от этого предположения, физики вычислили нижнее ограничение на время жизни гравитона. Оказалось, что оно не может быть меньше 4,5×108 лет.

Одновременная регистрация гравитационной и электромагнитной компоненты оказало большое влияние на альтернативные теории гравитации. Например, в конце декабря прошлого года в Physical Review Letters одновременно вышло сразу четыре статьи, посвященные событию GW170817 и ограничениям на различные квантовые теории гравитации. Кроме того, это событие устанавливает очень жесткие ограничение на скорость гравитации — теперь отношение скорости гравитации к скорости света может отличаться от единицы не больше, чем на 3×10−15.

Дмитрий Трунин для сайта N+1


Как видим, уже несколько важных констант можно оценить с помощью нового средства наблюдения и измерений - а ведь мы делаем даже не первые шаги, а только просунули нос в новые возможности изучения физического мира
Tags: n+1, гравитация, космос, наука, физика
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 28 comments

Recent Posts from This Journal