Гравитационные волны могут стать ключом к разгадке главных космологических тайн

11 февраля представители международного проекта Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO объявили о первой в истории регистрации гравитационных волн.

Сто лет назад Альберт Эйнштейн предсказал, что при взаимодействии массивных тел в космосе могут рождаться гравитационные возмущения, распространяющиеся от источника со скоростью света. И вот, наконец, учёные с помощью двух идентичных детекторов, удалённых друг от друга на 3002 километра, смогли обнаружить гравитационные волны, возникшие после столкновения двух чёрных дыр, находящихся на расстоянии 1,3 миллиарда лет от Земли.

Это событие стало настоящей сенсацией, ведь результаты, полученные исследователями LIGO, открывают новые возможности для изучения фундаментальной физики и, возможно, помогут заглянуть далеко в прошлое Вселенной. Кроме того, учёные считают, что именно в новую эпоху гравитационно-волновой астрономии могут быть решены четыре основные проблемы космологии: существование тёмной энергии, доказательство принципа эквивалентности сил гравитации и инерции, подтверждение гипотезы космической инфляции и создание Теории Великого объединения.

Считается, что тёмная энергия является движущей силой, которая обеспечивает постоянное расширение Вселенной. В таком случае наблюдение нескольких слияний чёрных дыр может подсказать её природу. Такие параметры сигнала, как частота и амплитуда волн многое говорят об их источнике. А сравнивая мощность столкновения, определённую с помощью обычных телескопов, с силой гравитационных колебаний, измеренных детекторами, можно определить, как далеко произошло событие и насколько расширилось пространство за то время, пока волны летели к Земле.

"Эта мера эффекта, который оказывает тёмная энергия, должна быть сильнее и надёжнее всего, что мы используем в настоящее время, – говорит астрофизик Ави Лёб (Avi Loeb) из Гарвардского университета. – Наблюдения всего за несколькими слияниями чёрных дыр могут изменить всё, а если их будут десятки, это станет новым направлением в космологии".

Открытие гравитационных волн может стать серьёзной проверкой для общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Ведь с их помощью можно подтвердить или опровергнуть основной принцип теории эквивалентности сил гравитации и инерции, из которого следует, что силы гравитационного взаимодействия пропорциональны массе тела и воздействуют на все массы (тела разных масс) одинаково.

Теперь учёные могут определить, как снижается сила гравитационных волн по мере их движения на большие расстояния. И если сила уменьшается не так, как это предсказывают модели, это станет серьёзным вызовом одной из базовых физических теорий.

Ещё одним направлением, в котором наука может продвинуться благодаря последнему открытию, является поиск следов так называемой космической инфляции. Согласно инфляционной космологической модели вскоре после Большого взрыва Вселенная расширялась гораздо быстрее, чем в стандартной модели горячей Вселенной.

Если после успеха проекта LIGO по всему миру появятся новые, ещё более чувствительные гравитационные детекторы, они, возможно, смогут зарегистрировать более короткие волны, возникшие в период усиленного расширения молодой Вселенной. Согласно теории, в то время пространство было непроницаемо для света и электромагнитного излучения, поэтому гравитационные колебания могут быть единственными "свидетелями" этого периода.

"Потенциально мы можем проследить почти весь путь до Большого взрыва, – говорит Деян Стойкович (Dejan Stojkovic) из Нью-Йоркского университета. – LIGO не сможет ощутить такие колебания, но теперь, когда мы знаем, что волны существуют, будет намного легче убедить людей вкладывать деньги в создание других видов детекторов".

Наконец, гравитационные волны могут стать долгожданным ключом к Теории Великого объединения, которая предполагает, что на раннем этапе развития Вселенной все четыре фундаментальные силы – гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия, были объединены в одну силу. По мере расширения и остывания Вселенной силы разделились по неясным пока причинам. И снова следы этих событий в будущем могут быть найдены с помощью особо чувствительных детекторов.

В любом случае, ближайшее будущее обещает быть интересным. Ведь новые исследования гравитационных волн могут окончательно доказать правильность многих базовых моделей или, наоборот, полностью перевернуть наши представления о Вселенной.