Когда происходят столкновения крупных объектов, таких как черные дыры или нейтронные звезды, по Вселенной распространяются гравитационные волны — колебания самих структур пространства-времени, движущиеся со скоростью света.
Предсказание существования таких гравитационных волн было сделано еще Альбертом Эйнштейном более ста лет назад, однако непосредственно зафиксировать их удалось лишь в 2015 году. Теперь профессор Ральф Шютцхольд из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе предлагает не только обнаруживать гравитационные волны, но и активно воздействовать на них. Эта методика может помочь ученым разгадать давнюю загадку — квантовую природу гравитации.
«Гравитация оказывает влияние на всё, включая свет», — поясняет исследователь. Это означает, что световые и гравитационные волны могут потенциально взаимодействовать. В своей работе Шютцхольд описывает процесс, в котором небольшая часть энергии лазерного луча передается проходящей гравитационной волне. В результате сама волна становится немного мощнее, а свет незначительно изменяет частоту. Эту передачу энергии можно рассматривать как испускание или поглощение одного или нескольких гравитонов — гипотетических частиц, ответственных за гравитацию, чье существование пока не доказано.
По словам физика, процесс может также происходить в обратном направлении — гравитационная волна способна «отдать» энергию свету. Теоретически оба этих варианта можно измерить, наблюдая стимулированное испускание и поглощение гравитонов. Чтобы зарегистрировать столь незначительные эффекты, потребуется масштабная установка: лазерные импульсы видимого или ближнего инфракрасного диапазона должны многократно, около миллиона раз, отражаться между двумя зеркалами. При длине установки всего километр это создаст эффективный оптический путь длиной примерно миллион километров, что достаточно для накопления чрезвычайно слабого сигнала.
Изменение частоты света в данном процессе будет крайне незначительным, однако чувствительный интерферометр сможет обнаружить его по смещениям в интерференционной картине, сравнивая два пучка — тот, который получил энергию, и тот, который ее утратил.
«От первоначальной идеи до эксперимента могут пройти десятилетия», — признает Шютцхольд. Тем не менее, он отмечает сходство с уже существующей технологией — обсерваторией LIGO, которая фиксирует гравитационные волны с помощью четырехкилометровых вакуумных туннелей и лазерной интерферометрии.
Шютцхольд считает, что использование квантово запутанных фотонов может увеличить чувствительность эксперимента и даже предоставить первые указания на квантовое состояние самого гравитационного поля. Если расчеты окажутся верными, у физиков появится возможность экспериментально проверить существование гравитонов. А если нет — ученым, возможно, придется пересмотреть некоторые основные представления о природе гравитации.
Фото: hi-tech.mail.ru