|
Слияние черных дыр проверяет пределы ОТО
|
|
|
|
Общая теория относительности является одной из основополагающих теорий современной физики. Ее странный взгляд на относительность времени и пространства был подтвержден бесчисленными экспериментальными и наблюдательными исследованиями, от вращательного перемещения системы отсчета до излучения гравитационных волн. Но есть основания полагать, что это не последнее слово в вопросе о природе пространства и времени.
|
|
|
|
Одна из главных причин этого заключается в том, что общая теория относительности не работает на очень малых масштабах. Мир атомов и молекул является квантовым, но общая теория относительности является классической теорией. Что нам нужно, так это квантовая теория гравитации. Существует множество предложенных моделей квантовой гравитации, но они часто предполагают альтернативные модели гравитации. Теории, которые дают те же результаты, что и ОТО, для слабых гравитационных взаимодействий, но отличаются от ОТО в сильных гравитационных полях. Предсказания этих альтернативных моделей не поддаются проверке с помощью текущих наблюдений. Но, как показывает недавняя серия статей, ситуация начинает меняться.
|
|
|
|
В трех статьях рассматриваются данные 4–го цикла наблюдений слияния черных дыр с помощью LIGO–Virgo-KAGRA, который является последним и наиболее совершенным набором наблюдений. В первой статье рассматривается общее сравнение данных с общей теорией относительности, чтобы увидеть, согласуется ли ОТО с данными. Во второй рассматриваются так называемые постньютоновские параметры, которые позволяют выявлять отклонения от ОТО. В третьей статье, в частности, рассматриваются данные о "кольцевом замыкании", когда вновь образовавшаяся черная дыра переходит в свое новое стабильное состояние.
|
|
|
|
|
|
|
Как и следовало ожидать, все результаты подтверждают общую теорию относительности. В первой работе было установлено, что в пределах наблюдаемых значений ОТО полностью соответствует действительности. Нет необходимости в альтернативной модели. Существуют альтернативные гравитационные модели, которые также соответствуют полученным данным, но у нас нет оснований предполагать, что они верны.
|
|
|
|
Вторая статья еще больше ограничила возможности альтернативных моделей. При постньютоновском подходе вы смотрите на то, как наблюдения отклоняются от ньютоновской теории тяготения путем изменения набора параметров. Чем больше параметров вы можете применить к данным, тем точнее будет ваша модель. Данные о слиянии достаточно точны для анализа дипольных и квадрупольных параметров и не выявили отклонений от GR. Это означает, что любая альтернативная модель, которая предсказывает, например, квадрупольное отклонение, исключается.
|
|
|
|
Интересно, что, поскольку постньютоновские приближения гравитации могут быть квантованы, в этой второй статье также дается новое экспериментальное определение массы гравитонов. Исходя из ОТО и базовой квантовой теории, гравитоны должны быть безмассовыми, как и фотоны. Эта новая работа доказывает, что гравитационная масса должна быть меньше 2 * 10^-23 эВ/c2. Для сравнения, в физике элементарных частиц верхняя граница массы фотона составляет 10^-18 эВ/c2.
|
|
|
|
Третья статья была посвящена предсказанию некоторых альтернативных теорий о том, что слияние черных дыр может создавать гравитационное эхо. То есть, после того, как гравитационные волны от слияния утихнут, должен произойти второй всплеск гравитационных волн. Согласно общей теории относительности, эти эхо-сигналы невозможны, поэтому их обнаружение доказало бы неполноту ОТО. Авторы не нашли никаких свидетельств существования гравитационного эха и, следовательно, никаких свидетельств существования альтернативных гравитационных моделей.
|
|
|
|
Эти результаты не удивительны, учитывая, насколько сильно теория ОТО была подтверждена предыдущими экспериментами. Но главная новость здесь не в том, что мы еще раз доказали правоту Эйнштейна. Главное в этих статьях то, что теперь у нас есть данные о гравитационных волнах, достаточные для проверки теории ОТО. Теперь мы можем проверить, как ведут себя пространство и время в областях черных дыр. И все это всего за десять лет наблюдений. Следующие несколько десятилетий гравитационно-волновой астрономии, наконец, дадут нам данные, необходимые для того, чтобы по-настоящему исследовать пределы гравитации.
|
|
|
|
Источник
|
