Физики не нашли следов других измерений в гравитационных волнах
Наблюдения за последствиями слияния двух пульсаров помогли ученым найти первые надежные намеки на то, что гравитационные волны распространяются в четырехмерном пространстве, и что «лишние» измерения отсутствуют. Их выводы были представлены в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
«Существуют десятки альтернативных теорий, дополняющих теорию относительности и объясняющих природу темной материи и темной энергии, включающие в себя дополнительные измерения. Если они существуют, то они могут взаимодействовать с гравитационными волнами и ослаблять их», — объясняет Мая Фишбах (Maya Fishbach) из университета Чикаго (США).
Калейдоскоп Вселенной
Сегодня у ученых нет единого мнения о том, является наша Вселенная четырехмерной или в ней гораздо больше измерений, часть из которых мы не видим по разным причинам. Существование этих измерений, как надеются физики, поможет «примирить» теорию относительности и квантовую физику и создать теорию квантовой гравитации, объясняющую, что происходит внутри черных дыр.
К примеру, теория суперструн постулирует, что Вселенная изначально родилась десятимерной и обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Часть сторонников этой теории считают, что «лишние» шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики полагают, что наша четырехмерная Вселенная является лишь частью многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.
Постройка и успешный запуск гравитационных детекторов LIGO и ViRGO, как отмечают Фишбах и ее коллеги, дали ученым первый шанс на проверку этих теорий, наблюдая за тем, как распространяются гравитационные и электромагнитные волны от одних и тех же объектов в космосе.
Первая реальная возможность для проведения подобных экспериментов появилась в августе прошлого года, когда обе обсерватории и десятки «обычных» телескопов зафиксировали вспышку GW170817, возникшую в далекой галактике в результате слияния двух нейтронных звезд.
Используя данные, полученные в ходе этих наблюдений, Фишбах и ее коллеги проверили несколько популярных теорий, минимально расширяющих теорию относительности Эйнштейна и предполагающих существование одного или нескольких параллельных измерений, с которыми будут взаимодействовать гравитационные волны.
Тайны мироздания
В целом, подобная «многомерная» Вселенная должна вести себя так же, как и «обычное» трехмерное мироздание. С другой стороны, гравитационные волны в ней будут затухать быстрее, чем во «вселенной Эйнштейна», так как они будут терять дополнительные порции энергии на взаимодействие с «лишними» измерениями.
Соответственно, существование подобных измерений можно проверить, если точно знать расстояние до источника гравитационных волн и то, с какой скоростью они должны затухать в трехмерном и многомерном пространстве. С предшественниками GW170817 подобную проверку провести было невозможно, так как их точное положение было неизвестно.
Вычислив расстояние до нейтронных звезд по их предсмертному световому «крику», Фишбах и ее коллеги просчитали скорость, с которой угасали гравитационные волны по мере их движения к Земле, и определили число измерений, используя два разных набора ключевых космологических констант.
И в том, и в другом случае, как отмечают космологи, их число оказалось равным или близким к четырем. Это говорит о том, что «лишние» измерения отсутствуют – мы живем в трех пространственных и в одном временном измерении, чье поведение идеально описывается теорией относительности.
Как отмечает Фишбах, эти наблюдения «закрывают» большую часть, но не все альтернативы выкладкам Эйнштейна. Детекторы LIGO и ViRGO пока не обладают достаточной чувствительностью для того, чтобы «видеть» следы параллельных миров в поляризации гравитационных волн. Их последующие обновления и замеры «закрученности» колебаний пространства-времени помогут ученым найти окончательный ответ на этот вопрос.