За пределами трёх измерений
Наш привычный мир описывается тремя пространственными координатами — длиной, шириной и высотой. Однако современные физические теории, такие как теория струн, предполагают существование дополнительных, скрытых от нашего восприятия измерений. Учёные активно ищут экспериментальные подтверждения этой гипотезы, и одним из перспективных инструментов для этого стали гравитационные волны — колебания пространства-времени, предсказанные Эйнштейном.
Почему гравитация так слаба?
Среди четырёх фундаментальных взаимодействий гравитация является наиболее слабой. Одно из объяснений этого феномена заключается в том, что переносчики гравитационного взаимодействия — гипотетические частицы гравитоны — могут "утекать" в другие измерения, что ослабляет наблюдаемую нами силу притяжения. Если дополнительные измерения реальны, гравитационные волны должны вести себя особым образом, что открывает путь для их экспериментального обнаружения.
Революция в астрономии: от чёрных дыр до нейтронных звёзд
Первое прямое обнаружение гравитационных волн в 2015 году, осуществлённое обсерваториями LIGO и Virgo, стало историческим прорывом. Эти волны были порождены слиянием чёрных дыр — объектов, практически невидимых в электромагнитном спектре. Однако настоящим подарком для исследователей стало событие 2017 года: столкновение двух нейтронных звёзд. В отличие от слияний чёрных дыр, этот катаклизм породил не только гравитационные волны, но и мощное электромагнитное излучение во всех диапазонах — от гамма-лучей до радиоволн. Это позволило впервые сравнить "гравитационный" и "световой" сигналы от одного и того же космического события.
Поиск несоответствий: методология исследования
Именно на данных о слиянии нейтронных звёзд сосредоточилась команда астрофизиков из Чикагского университета. Их логика была следующей: если дополнительные измерения существуют, гравитационные волны должны частично "просачиваться" в них, теряя энергию. Электромагнитные же волны, согласно современным представлениям, должны оставаться в нашем трёхмерном пространстве. В результате гравитационный сигнал от далёкого объекта должен казаться слабее, чем предсказывают расчёты на основе электромагнитных данных. Учёные тщательно проанализировали информацию, чтобы обнаружить это расхождение.
Результаты и их интерпретация
Анализ показал, что гравитационные и электромагнитные сигналы от слияния нейтронных звёзд полностью соответствуют друг другу. Их интенсивность и характер затухания идеально согласуются с моделью, в которой гравитационные волны распространяются строго в трёх пространственных измерениях, как и предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. На масштабах, сравнимых с расстоянием до события (около 130 миллионов световых лет), никаких признаков утечки гравитации в другие измерения обнаружено не было.
Означает ли это, что других измерений нет?
Авторы исследования подчёркивают, что их результаты не опровергают саму возможность существования дополнительных измерений. Они лишь устанавливают важные ограничения. Если эти измерения и существуют, то их влияние на гравитацию должно проявляться либо на гораздо больших космологических расстояниях, либо, наоборот, в микромире. Например, японские физики, проводившие эксперименты на субнанометровых масштабах (менее 0,1 нанометра), также не нашли следов скрытых измерений. Таким образом, поиски продолжаются, и гравитационно-волновая астрономия остаётся одним из самых мощных инструментов для проверки фундаментальных теорий строения нашей Вселенной.