Гравитационные волны могут осциллировать, как и нейтрино

Вооружившись данными о первых гравитационных волнах, зарегистрированных в прошлом году, и теоретическим анализом, физики показали, что гравитационные волны могут осциллировать между двумя различными формами, g- и f-типами гравитационных волн. Физики объясняют, что это явление аналогично тому, как нейтрино осциллируют между тремя различными ароматами – электронным, мюонным и тау. Осциллирующие гравитационные волны появляются в модифицированной теории гравитации под названием биметрическая гравитация, или «бигравитация», и физики показывают, что осцилляции можно будет обнаружить в будущих экспериментах.Работа Кевина Макса, Морица Платшера и Юрия Смирнова была опубликована в недавнем выпуске Physical Review Letters.Физики отмечают, что эта работа может помочь найти ответ на вопрос, «из чего состоит 95%» Вселенной. Дело в том, что ответ может лежать в модификациях гравитации, а не в новых частицах.«Только 5% вещества относятся к тому, который, как нам кажется, мы хорошо понимаем», рассказал Смирнов на Phys.org. «Пытаясь ответить на вопрос, из чего состоит наша Вселенная (темная энергия и темная материя), большинство авторов обсуждают альтернативные модели физики частиц с новыми частицами. Однако эксперименты вроде тех, что проводятся на Большом адронном коллайдере, пока не нашли никаких экзотических частиц. Возникает вопрос: может быть, нужно пересмотреть гравитационную сторону?».«В своей работе мы задаемся вопросом, какие сигналы мы могли бы ожидать от модифицированной гравитации. Оказывается, бигравитация обладает таким уникальным сигналом и поэтому может быть выделена из фона других теорий. Недавнее обнаружение гравитационных волн открыло для нас новое окно в темные секторы Вселенной. Независимо от того, выбрала ли природа общую теорию относительность, бигравитацию или какую-либо другую теорию, нам остается изучать лишь конкретные сигналы».

Два гравитона вместо одного

В настоящее время лучшей теорией гравитации является общая теория относительности Эйнштейна, которая использует единую метрику для описания пространства-времени. В результате гравитационные взаимодействия опосредуются одной гипотетической частицей – гравитоном – которая не имеет массы и поэтому движется со скоростью света.Основная разница между общей теорией относительности и бигравитацией в том, что бигравитация использует две метрики, g и f. В то время как g - это физическая метрика и связывается с материей, f – это стерильная метрика и с материей не связывается. В бигравитации гравитационные взаимодействия опосредуются двумя гравитонами, один из которых имеет массу, а другой нет. Оба гравитона состоят из различных комбинаций (или суперпозиций) метрик g и f, а потому и связываются с окружающей материей по-разному. Существование двух метрик (и двух гравитонов) в рамках бигравитации в итоге приводит к явлению осцилляции.Как объясняют физики, идея того, что может существовать гравитон с массой, родилась почти одновременно с общей теорией относительности.«Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает одного посредника гравитационных взаимодействий (гравитон), который движется на скорости света (является безмассовым)», говорит Макс. «Уже в 1930-х годах люди пытались найти теорию, в которой посредник будет обладать массой и, следовательно, двигаться на скорости меньшей, чем световая. Задача оказалась крайне сложной и была завершена только в 2010 году. Бигравитация стала вариацией этой разработки 2010 года, только уже вмещала не одну, а две динамические метрики. Одна из них ассоциируется с материей, а другая нет; их линейная комбинация становится массивной (медленнее скорости света), а другая безмассовой (на скорости света).

Осцилляции

Физики показали, что в рамках бигравитации, когда гравитационные волны производятся и распространяются в пространстве, они осциллируют между g- и f-типами – хотя только g-тип может быть обнаружен. Хотя предыдущие исследования показали, что подобные осцилляции могут существовать, они приводили к далеким от физики результатам, например, нарушали закон сохранения энергии. Новое исследование показало, что осцилляции могут теоретически возникать в реалистическом физическом сценарии, с участием массивного гравитона, который достаточно большой, чтобы его можно было обнаружить в ходе эксперимента.Чтобы мы могли понять эти осцилляции, ученые сравнивают их с осцилляциями нейтрино. Хотя нейтрино бывают трех ароматов (электрон, мюон и тау), в процессе ядерных реакций обычно рождаются электронные нейтрино (или электронные антинейтрино), потому что другие слишком тяжелые, чтобы сформировать стабильное вещество. Точно так же и в бигравитации только одна метрика связывается с веществом, поэтому гравитационные волны, которые рождаются астрофизическими событиями вроде слияния черных дыр, g-типа – f-тип гравитационных волн просто не ассоциируется с веществом.«Ключ к пониманию явления осцилляции в том, что электронные нейтрино не имеют определенной массы: они представляют собой суперпозицию трех нейтринных массовых состояний», объясняет Платшер. «Волновое уравнение, которое описывает их движение через пространство, замешает их и приведет к осцилляции».«То же справедливо и для бигравитации: g представляет собой смесь из массивных и безмассовых гравитонов и поэтому, когда гравитационная волна проходит через Вселенную, она будет осциллировать между g- и f-типами гравитационных волн. Тем не менее мы можем измерить только первую при помощи детекторов (состоящих из материи), а вторые пройдут незамеченными. И это, если бигравитация будет корректным описанием Природы, оставит важный след на сигнале гравитационной волны, что мы и показали».Сходство между нейтрино и гравитационными волнами сохраняется даже несмотря на то, что осцилляции нейтрино – это явление квантовой механики, описываемой волновым уравнением Шредингера, а осцилляция гравитационной волны – не квантовый эффект и описывается классическим волновым уравнением.Один из конкретных эффектов, который прогнозируют физики, заключается в том, что осцилляции гравитационной волны приводят к большим модуляциям, чем прогнозирует ОТО. Эти результаты намечают дорожку для экспериментального обнаружения осцилляций гравитационных волн и поиска поддержки для бигравитации.«Поскольку бигравитация очень молодая теория, еще многое предстоит сделать и изучить. В этом направлении была проделана определенная работа, но мы надеемся внести свой вклад и в будущем», говорят ученые.

Лента новостей Hi-Tech

Комментариев: 0

Новости часа

«Небо - мрія пілота»

«Небо - мрія пілота»

28 серпня 2015 року в Кіровоградському обласному художньому музеї розгорнуто експозицію «Небо – мрія пілота», присвячену Дню авіації України. Це свято традиційно відзначаэться в Україні в... Подробнее »

33 лучших футболиста Украины по версии газеты "КОМАНДА"

33 лучших футболиста Украины по версии газеты "КОМАНДА"

Газета КОМАНДА по традиции, которая длится уже 17 лет, подвела итоги уходящего года и назвала список 33-х лучших футболистов Украины... Вратари 1. Андрей ПЯТОВ (Шахтер) 2. Денис БОЙКО (Днепр) 3.... Подробнее »

У Тернополі відбудеться мистецьке дійство «Три молитви Митрополита»

У Тернополі відбудеться мистецьке дійство «Три молитви Митрополита»

22 листопада о 17 год. в концертному залі Українського Дому «Перемога» відбудеться мистецьке дійство «Три молитви Митрополита». Захід приурочений 150-річниці з Дня народження Владики Кир Андрея... Подробнее »

Здоровье

Hi-Tech

Общество

Авто новости

Мото новости

Фото

Обзоры и статьи

Наращивание ресниц в домашних условиях

Наращивание ресниц в домашних условиях

Красивые женские глаза привлекают много мужского внимания, от них невозможно оторвать взгляд, они манят и соблазняют. Ничто так не подчеркивает красоту глаз, как их обрамление – ресницы. Томные... Подробнее »

Как построить карьеру визажиста

Как построить карьеру визажиста

Сегодня многие девушки хотят связать свою деятельность со сферой дизайна и моды. В таких случаях отличным вариантом может стать профессия визажиста. Это специалисты по созданию художественных... Подробнее »

Современное ювелирное оборудование мультиназначения

Современное ювелирное оборудование мультиназначения

Вместе с повышением уровня жизни и развитием технологий повышаются требования к производству ювелирных изделий. Купить на свадьбу обычное золотое кольцо сегодня уже не достаточно. Так,... Подробнее »