Фізики заборонили гравітації розганятися вище 1,4 швидкості світла

Наша взаимовыгодная связь https://banwar.org/

Зрізи затримок часу реєстрації гравітаційних хвиль в передбачуваної мережі детекторів Hanford-Livingston-Virgo-Kagra

Neil Cornish et al / Phys. Rev. Lett.

За результатами всього трьох експериментів LIGO вчені визначили, що швидкість гравітаційних хвиль лежить в інтервалі від 0,55 до 1,42 швидкостей світла. Стаття опублікована в Physical Review Letters.

У Загальній теорії відносності швидкість поширення гравітаційних хвиль (як і взагалі всіх збурень, що переносять інформацію) обмежується зверху швидкістю світла. З іншого боку, швидкість гравітації повинна хоча б трохи перевищувати швидкість світла, щоб запобігти гравітаційне черенковское випромінювання (це дивне явище теоретично передбачили у 2001 році). Крім того, існує безліч альтернативних теорій гравітації , В яких її швидкість може приймати найнесподіваніші значення (втім, більшість вчених відноситься до цих теорій скептично). Тому дуже важливо точно виміряти швидкість гравітації.

Однак зробити це на даний момент складно через невеликої кількості експериментальних даних. Вперше гравітаційні хвилі були зареєстровані у вересні 2015 року колаборацією LIGO . LIGO складається з двох обсерваторій, одна з яких знаходиться в Лівінгстоні (штат Луїзіана), а інша в Хенфорді (штат Вашингтон). Основним елементом кожної обсерваторії є модифікований інтерферометр Майкельсона , Який може відчути зміну довжини плечей при проходженні гравітаційної хвилі. На момент підготовки статті колаборація зареєструвала всього три гравітаційних хвилі, випущених при злитті чорних дір.

Для отримання обмежень на швидкість вчені використовували той факт, що обсерваторії LIGO рознесені на три тисячі кілометрів (що відповідає десяти світловим мілісекунд), через що сигнали реєструються ними з невеликою різницею в часі. Ця затримка має деякий розподіл ймовірності, залежне від швидкості гравітації. За допомогою теореми Байеса з нього можна знайти зворотне розподіл (швидкості від затримки). Для апріорного розподілу швидкості фізики розглянули дві гіпотези: рівномірний розподіл в інтервалах від 0,01 до 100 і від 1 до 100 швидкостей світла. Вчені відзначають, що вибір якоїсь однієї гіпотези не повинен позначитися на визначенні верхньої межі.

Застосувавши цей метод для даних трьох вимірів LIGO, фізики отримали розподіл ймовірності для швидкості гравітаційних хвиль. Виявилося, що з імовірністю дев'яносто відсотків її значення лежить в інтервалі від 0,55 до 1,42 швидкостей світла (від 1,0 до 1,4 в разі другої гіпотези). Така низька точність обумовлена ​​невеликою кількістю даних. При більшій кількості детекторів або більшій кількості вимірів на LIGO можна було б окреслити інтервал можливих значень набагато точніше - наприклад, використання даних за все п'яти експериментів мережі LIGO- Virgo - Kagra забезпечило б точність в один відсоток від швидкості світла.

Розподіл ймовірності для швидкості гравітації. Синім відзначені результати для гіпотези, в якій швидкість обмежена знизу швидкістю світла. Червоним - для гіпотези, в якій такого обмеження немає.

Neil Cornish et al / Phys. Rev. Lett.

Варто зауважити, що обмеження на швидкість гравітації, отримані в даній статті, скоро будуть значно уточнені, оскільки в цей понеділок було оголошено про одночасну реєстрацію гравітаційної хвилі і гамма-випромінювання від злиття двох нейтронних зірок. Різниця в часі реєстрації цих двох типів випромінювання склала близько 1,7 секунд, а самі зірки знаходяться на відстані близько 40 мегапарсек, що дозволяє розрахувати можливе відхилення швидкості гравітації від швидкості світла: ставлення цих швидкостей не може відрізнятися від одиниці більше, ніж на 3 × 10-15.

Проте, стаття вчених теж представляє інтерес, оскільки в ній вони вперше встановили нижню межу для швидкості гравітації. Крім того, при більшій кількості вимірів розроблений ними підхід дозволить отримати незалежні оцінки на швидкість поширення гравітаційних хвиль.

Детальніше про гравітаційних хвилях можна прочитати в наших матеріалах - « На гребені метричного тензора »І« За хвилею хвиля ».

Дмитро Трунин