Российские физики: сверхцивилизация могла бы использовать гравитационные волны как телеграф
Гравитационные волны можно использовать как средство связи. У них есть математические характеристики, остающиеся неизменными при распространении волны на любые расстояния. А значит, в них можно было бы закодировать информацию (если, конечно, человек смог бы научиться жонглировать чёрными дырами).
Такой вывод сделали российские учёные, рассмотрев сложные математические аспекты этого явления. Расчёты исследователей описаны в научной статье, опубликованной в журнале Classical and Quantum Gravity группой во главе с Ниной Марковой из Российского университета дружбы народов.
"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) с самого первого сообщения об их обнаружении подробно и обстоятельно рассказывали, что такое гравитационные волны. Вкратце напомним, что общая теория относительности представляет пространство-время как четырёхмерную поверхность, а гравитационное поле как её искривление. По этой поверхности может бежать рябь – это и есть гравитационная волна.
Такие волны порождаются любым телом, двигающимся с переменным ускорением. Однако только самые грандиозные катаклизмы вызывают всплески, которые фиксируются существующими на сегодняшний день детекторами (хотя они уже сегодня представляют собой настоящие шедевры инженерного искусства). Пока человечество смогло зафиксировать гравитационные волны, порождённые столкновением чёрных дыр и нейтронных звёзд.
И, хотя гравитационные волны были предсказаны ещё Эйнштейном, различные аспекты этого явления до сих пор исследуются теоретиками. Проблема в том, что математика, стоящая за этими процессами, необычайно сложна.
Работа Марковой и её коллег касается такой величины как неметричность. Это сложное математическое понятие, объяснить которое "на пальцах" будет очень сложно даже для подготовленного читателя. Достаточно думать о нём как о некой характеристике пространства-времени, которая может принимать то или иное значение в разных его точках. Важно то, что гравитационную волну можно описать не только как распространяющееся изменение кривизны пространства-времени, но и как распространяющееся изменение его неметричности.
В данном случае исследователей интересовало, можно ли при таком описании гравитационной волны представить её как набор пяти функций, которые оставались бы постоянными при её распространении. Положительный ответ на этот вопрос означал бы, что в этих функциях в принципе можно закодировать информацию. Для этого достаточно "всего лишь" правильно организовать процесс, порождающий гравитационную волну.
После проведения сложных математических операций, в которых слова "производная Ли" и "аффинно-метрическое пространство" были наименее страшными составляющими заклинания, учёные пришли к следующим выводам.
Как известно, пространство-время имеет четыре измерения: три пространственных и одно временное (есть, впрочем, гипотеза, что их больше, но она ещё ждёт подтверждения). Из этих четырёх измерений три можно задать тремя функциями (по одной на каждое) и ещё одно – парой функций.
То есть "гравитационный телеграф" теоретически возможен. Однако это тот случай, когда акцент нужно делать на слове "теоретически".
Чисто умозрительно можно представить себе два варианта его использования. Первый: детекторы гравитационных волн остаются на нынешнем уровне чувствительности или повышают её, скажем, в тысячу раз. Тогда, чтобы передать сообщение "любим, целуем, земляне", пришлось бы искусно управлять столкновениями чёрных дыр или нейтронных звёзд. Это красивая идея для фантастического романа, но вряд ли в ближайшие века (а возможно, и тысячелетия) кто-нибудь вложится в такой стартап.
Второй путь: кардинально повысить чувствительность детекторов, чтобы они фиксировали гравитационные волны, порождаемые хотя бы столкновением астероидов. Проблема в том, что эти замечательные устройства и сейчас детектируют смещение зеркал на расстояния, в тысячи раз меньшие радиуса протона (!). Увеличение их чувствительности на много порядков потребует знаний и технологий, которые на сегодня трудно себе даже вообразить. В конечном счёте, нет оснований считать, что второй вариант существенно реалистичнее первого.
Означает ли это, что работа российских учёных имеет значение только как математическая? Разумеется, нет.
Гравитационные волны вряд ли можно использовать, чтобы передать привет маме, но посредством этих колебаний нам успешно "передают привет" их источники, то есть чёрные дыры и нейтронные звёзды.
Любое исследование того, как устроены гравитационные волны и какую информацию они могут нести, потенциально даёт в руки человечеству новый источник сведений об окружающем его космосе. При этом иногда эти знания трудно или невозможно получить другим путём.
Например, астрономы уже изучили с помощью гравитационных волн кварковую материю. На очереди поиск кротовых нор, новых измерений, ровесниц Вселенной среди чёрных дыр, измерение скорости расширения пространства. Кто знает, какую ещё информацию учёные смогут получить по этому "телеграфу" в будущем.