Physics Letters: Физики выявили возможные квантовые свойства гравитационных волн

Фото из открытых источников

Теоретические физики Парта Нанди и Бибхас Ранджан Маджи опубликовали в журнале Physics Letters исследование, посвящённое особым свойствам гравитационных волн. Они были предсказаны Эйнштейном свыше века назад, но лишь сейчас выяснилось, что они могут обладать не только классическими, но и квантовыми свойствами.

Гравитационными волнами называют особую рябь в пространстве-времени, возникающую при движении массивных объектов, таких как черные дыры или нейтронные звезды. Они обладают информацией о катастрофических событиях во Вселенной и помогают специалистам «слышать» космос.

Впервые о их существовании было выдвинуто предсказание Альбертом Эйнштейном в 1916 году в рамках его теории общей относительности. Но потребовалось около 100 лет для обнаружения этих волн экспериментально: в 2015 году обсерваторией LIGO они были зафиксированы напрямую, подтвердив гениальную версию Эйнштейна.

Но способны ли гравитационные волны иметь квантовые свойства? Известно, что на квантовом уровне частицы способны существовать в нескольких состояниях одновременно (суперпозиция) плюс связываться друг с другом независимо от расстояния (квантовая запутанность). Нанди и Маджи высказали гипотезу, что ряд гравитационных волн, особенно те, что появились вскоре после Большого взрыва, тоже проявляют подобные эффекты.

Используя компьютерное моделирование, ученые выдвинули идею, что квантовые гравитационные волны вызывают запутанность колебаний зеркал детектора. То есть, такие волны будут оказывать влияние на движение зеркал в синхронном режиме. С точки зрения классической физики это невозможно.

Исследователи поясняют принцип работы явления на простом примере: стоят две ветряные мельницы далеко друг от друга, и вдруг они начинают раскачиваться синхронно из-за невидимого ветра. Вот этот-то «ветер» и есть квантовые гравитационные волны.

Пока детекторы титпа LIGO не имеют достаточной чувствительности, чтобы с абсолютной уверенностью подтвердить гипотезу. Однако обсерватория LIGO-India должна заработать к 2030 году, и новые эксперименты на ней помогут раскрыть эту загадку.

Если гравитационные волны и впрямь имеют квантовые свойства, это поможет объединить две фундаментальные теории физики — квантовую механику и общую теорию относительности. На данный момент это остаётся одной из главных нерешенных задач науки. Помимо этого, изучение квантовой природы гравитационных волн поспособствует более глубокому пониманию ранней Вселенной, в частности, процессов, что происходили в первые мгновения после Большого взрыва.