Вопрос времени. Что можно отыскать в космосе с помощью гравитационных волн

В начале февраля мир облетела сенсационная новость: участники международных коллабораций LIGO и Virgo, объединяющих более чем 1 тыс. исследователей из 19 стран, заявили об обнаружении гравитационных волн. Событие уверенно претендует на звание открытия века: существование гравитационных волн было предсказано Альбертом Эйнштейном в рамках теории относительности ровно сто лет назад — в 1916 году, но подтвердить его удалось только сейчас. Не исключено, что это только начало: теперь, когда одно из "предсказаний" сбылось, у ученых появился шанс найти подтверждения и другим гипотезам теории относительности — например, о существовании гиперпространственных туннелей.

Гравитация (тяготение) — один из типов взаимодействия тел в пространстве и времени. А гравитационные эффекты — это искривления пространства и времени, возникающие под воздействием гравитационных сил. Вы наверняка видели множество схематических изображений, поясняющих природу гравитационных волн: например, по сетке теннисной ракетки бьет мяч, и она некоторое время после этого вибрирует. Примерно так все и обстоит, только вместо плоской сетки — четырехмерное пространство-время, вместо вибрации — колебания гравитационного поля, а вместо тяжелого мячика — нечто компактное и массивное, например черная дыра — область с экстремально высоким гравитационным притяжением.

Сцена из фильма "Эйнштейн и Эддингтон", в которой Эддингтон разъясняет,
с помощью скатерти, хлеба и яблока теорию относительности Эйнштейна.

Впрочем, даже одиночные черные дыры (масса которых может составлять от до нескольких миллиардов масс Солнца) не в силах создать гравитационные волны достаточной силы для того, чтобы их зафиксировали земные приборы: необходимо сильное "сотрясение" пространства-времеми во времени. Оборудование для их поиска с каждым годом совершенствуется: например, детекторы третьего поколения, с помощью которых и было совершено нынешнее открытие, способны зафиксировать искривление пространства-времени на очень малую долю (1 на 10 в двадцать первой степени) — при этом детектор длиной 4 км искривится всего на тысячную долю размера атомного ядра. Но пока для того, чтобы с уверенностью задетектировать гравитационные волны, ученым понадобилась не одна, а сразу две черных дыры: момент их слияния как раз и создал возмущение необходимой силы.

Звук слияния двух черных дыр

Возможность обнаружения гравитационных волн сулит немало интересного. Например, в СМИ активно обсуждается вероятность создания гравитационных телескопов, которые позволят заглянуть в прежде недоступные уголки Вселенной. А внимательное изучение окрестностей наблюдаемых черных дыр позволит ученым точнее проверить общую теорию относительности и определить возможные отклонения от нее. Кроме того, появляется шанс отыскать в тех же окрестностях черных дыр "червоточины" — wormholes, или "кротовые норы". Их существование также было предсказано на основе теории гравитации Эйнштейна: это особые области пространства, внешне похожие на черные дыры, но на деле являющиеся туннелями, связывающими гораздо более удаленные области пространства и допускающими сверхсветовые перемещения во времени.

Сцена из фильма "Интерстеллар", в которой герои перемещаются
по Вселенной, используя "червоточину"

Всего 100 лет назад изучение микромира привело к созданию квантовой механики, которая дала нам полупроводники, электронику, компьютеры, нанотехнологии, ІТ-индустрию и изменила нашу жизнь до неузнаваемости. Сегодняшние исследования Вселенной могут привести к открытию новых источников энергии и возможности быстрых перемещений в пространстве и, возможно, даже во времени. Не исключено, что однажды в привычной четырехмерной Вселенной в самом деле найдутся потайные ходы — и путешествия по "червоточинам", как в фильме "Интерстеллар", можно будет осуществлять в реальности. К слову, научным консультантом этого фильма был Кип Торн — один из руководителей коллаборации LIGO.