Световое щупальце для гравитации

Космический зонд Gravity Probe предназначен для поисков природы массы и гравитации.
Иллюстрация NASA

Игорь Пиковский вместе с коллегами по Венскому университету и Имперскому колледжу в Лондоне опубликовали в журнале Nature Physics статью, посвященную теоретическому обоснованию физических исследований в масштабах шкалы Планка с помощью квантовой оптики. Расчеты показывают, что планковская длина составляет 10–35. Если эту длину принять за метр, то размер атома будет равным Вселенной. Правда, для достижения масштабов энергии Планка нужно будет построить ускоритель элементарных частиц размером с Млечный Путь. Теоретики надеются, что это позволит объединить квантовую физику с исканиями в области общей теории относительности, чему Эйнштейн посвятил десятки лет, пытаясь разработать общую теорию поля.

Не останется в стороне и теория квантовой гравитации, хотя последняя пока не оставляет никаких «следов» своего существования (нет экспериментальных свидетельств ее эффектов). Тем не менее теоретики надеются, что уже в скором времени удастся обнаружить «квантование» пространства-времена, проявляющееся в существовании минимальной длины Планка.

Ученые предложили в своей статье схему эксперимента по тестированию механического осциллятора (колебательного контура) с массой, близкой к планковской. Считывание отклонений механической системы можно проводить с помощью оптического контроля в масштабах шкалы Планка. Авторы надеются, что подобный опыт возможен даже при нынешнем состоянии экспериментальных технологий. Если это окажется так, то уже в наше время на обычном лабораторном столе можно будет изучать возможные и пока еще неизвестные гравитационные явления.

В качестве инструмента авторы предложили использовать лазерный импульс, который взаимодействует с движущимся зеркалом. Определение скорости его движения и положения с высокой степенью точности позволит картировать воздействия гравитации на световой импульс. «Любое отклонение от ожидаемого квантового результата будет очень информативным и волнительным, – подчеркивает Пиковский. – Но даже если уловить отклонение не удастся, отрицательный результат поможет исследователям формулировать новые теории квантовой гравитации». Предложенный подход сулит большие выгоды, поскольку теории можно будет проверять на лабораторном столе, а не в ходе дорогостоящих экспериментов с коллайдерами и фиксации редких астрофизических событий.

К последним можно отнести открытие астрономами Бирмингемского и Гарвардского университетов черной дыры в центре галактики Кентавр А, удаленной от нас на 12 млн. световых лет. Это первая дыра, обнаруженная на таком большом удалении. Черные дыры возникают в результате коллапса выгоревших звезд. Ученые полагают, что в каждой галактике можно насчитать миллионы таких «миниатюрных» дыр. Обычно их обнаруживают по испускаемому рентгеновскому излучению.

В центре Млечного Пути с его более чем миллиардом видимых звезд имеется дыра размером в несколько миллионов солнечных масс. Ученые проанализировали более 100 тыс. секунд наблюдения орбитального телескопа «Чандра», следившего за Кентавром. В нем вдруг вспыхнул объект, светимость которого в рентгеновском диапазоне оказалась в 50 тыс. раз более яркой, чем наше Солнце. Однако через какой-то месяц он погас и стал неразличимым. Авторы полагают, что столь стремительное угасание говорит за наличие бинарной системы, состоящей из относительно небольшой черной дыры и пожираемой ею звезды-партнера, что характерно для известных дыр нашей галактики.

Авторов не смутило угасание далекого рентгеновского «маяка». Они надеются в ближайшем времени увидеть вспышку хотя бы еще одного из 50 других рентгеновских источников Кентавра А, а также полусотни других его экзотических объектов с меньшей светимостью.

Сотрудников же Лестерского университета в Англии и австралийского Университета Монаш заинтересовал возможный механизм образования сверхмассивных черных дыр размером в миллиарды солнечных масс. Теоретики полагают, что это очень старые дыры, возникшие, когда возраст Вселенной исчислялся не более чем полутора миллиардами лет (сегодня он приближается к 14 млрд.). За счет чего же они сумели набрать такую фантастическую массу?

Авторы полагают, исходя из результатов компьютерного моделирования, что у этих дыр должно было быть как минимум два газовых диска, орбиты которых расположены под углом друг к другу. Вполне также возможно, что это были диски материи и антиматерии, которые после столкновения друг с другом «упали» в/на дыру, в результате чего она чрезвычайно быстро набрала столь чудовищную массу.

В качестве примера они приводят две самые крупные дыры, масса которых как минимум в 10 млрд. раз превышает солнечную. Столкновение же аккреционных дисков ученые сравнивают с ситуацией, когда два байкера врезаются друг в друга на вертикальной «Стене смерти». После этого они неминуемо рухнут вниз, потеряв «поддержку» центробежных сил.