Иногда полезно бывает и ничего не найти – это тоже может быть вкладом в картину мироздания. Такой «отсутствующий» вклад внес и самый масштабный эксперимент по поиску гравитационных волн: ничего не найдено.
Масштабный проект LIGO объединяет ряд лабораторий, инструментов и целых исследовательских комплексов, задача которого одна — обнаружить гравитационные волны, возмущения пространства-времени, которые, как следует из Общей Теории Относительности (ОТО), должны возникать в результате ускорения массивных тел. До сих пор наблюдать их не удается, хотя, в теории, они должны быть довольно распространены во Вселенной.
Действительно, та «рябь» пространства-времени, которую вызывает движение обычных тел, даже в теории слишком мала, чтобы можно было ее обнаружить. Но если речь идет о движении действительно колоссальных массах — скажем, слиянии двух массивных черных дыр, или взрыве сверхновой — возможно, их удастся наблюдать.
Именно с этой целью несколько лет назад и был дан старт проекту LIGO, и пока не доведен до максимального уровня чувствительности. Ну а сообщение об отсутствии наблюдения гравитационных волн и вовсе касается обработанного массива данных, собранного в 2005—2007 гг. Однако если б в обозримой Вселенной действительно присутствовали гравитационные волны, LIGO бы обнаружил их. Неудивительно, что уже набирают уверенность голоса, предлагающие считать их несуществующими.
LIGO состоит из нескольких L-образных детекторов, в которых лазерный луч, расщепляясь надвое, затем подается в одну из ножек буквы L (в отличие от буквы, у детекторов длины обеих «ножек» одинаковы), после чего две половины снова соединяются. Если дистанция, пройденная ими, будет строго одинакова (или будет различаться ровно на фазу), лучи сольются идеально.
Если же вмешаются гравитационные волны, то, исходя из теории, можно сказать, что пространство-время в одной плоскости фронта волны будет сжиматься, а в перпендикулярной — расширяться. Это неминуемо скажется на расстоянии, пройденном половинками расщепленного луча: одна ножка L «удлинится», вторая — «укоротится», и лучи окажутся смещены друг относительно друга. Детектор моментально обнаружит изменения в результате наложения таких смещенных лучей.
Разумеется, гравитационная волна изменит размеры туннелей вовсе не на метры, и даже не на миллиметры. Измерения требуются столь тонкие, что для того, чтобы исключить вероятность случайности и потребовалось одновременное использование одинаковых интерферометров, разделенных в пространстве и работающих синхронно, но независимо друг от друга. Несмотря на всю продуманность эксперимента (а может — именно благодаря ей), пока никаких уверенных результатов получить не удалось.
На следующем этапе эксперимента, который даже получил собственное название Advanced LIGO («Продвинутый» LIGO), чувствительность аппаратуры будет увеличена, что позволит охватить объем пространства, на порядок больший в любом измерении (т.е. в тысячи раз больший по объему). Если и эта работа не позволит обнаружить гравитационные волны, задуматься придется всем: возможно, потребуется глубокий пересмотр ОТО, одного из столпов современной физики.
Впрочем, надежды еще остаются достаточно сильными: ученые думают, что благодаря новому уровню чувствительности удастся обнаружить гравитационные волны, порожденные еще Большим Взрывом. В теории, он создал мощнейший поток этих волн, и следы его вполне можно заметить сегодня в виде вторичных гравитационных возмущений всевозможных размеров и разбегающихся во всех направлениях — как беспокойная поверхность пруда сразу после того, как в него прыгнул купальщик.
Текущие результаты LIGO пока лишь ограничили минимальную величину этого хаотического фона. Что позволило ученым наложить новые теоретические ограничения на то, насколько детально можем мы заглянуть в прошлое, в самые первые моменты существования Вселенной. «Это единственный способ узнать что-либо о той молодой Вселенной, — говорит один из участников проекта LIGO Дэвид Рейтце (David Reitze), — И он уже позволяет начать отбрасывать некоторые самые экзотические космологические представления».
К примеру, некоторые интерпретации Теории Струн говорят о том, что именно одномерные струны, будучи основой нашего мироздания, «появились» первыми и, разворачиваясь в нескольких базовых измерениях, породили протяженное пространство-время. Но такие струны должны, колеблясь, порождать регулярные потоки гравитационных волн большой амплитуды. А раз таковых не наблюдается, эти струны должны быть куда короче, нежели до сих пор считалось.
По публикации Space.Com