Представете си, че хвърляте камък в идеално гладко езеро. Кръговете

Представете си, че хвърляте камък в идеално безпрепятствено езеро. Кръговете по водата са съвсем като гравитационните талази – талази в самата тъкан на пространство-времето, предсказани от Айнщайн и най-сетне уловени от нашите детектори. Доста забавно, нали? А в този момент си представете, че в средата на езерото плува голяма, тежка топка – аналог на черна дупка. Какво се случва, когато вълната я доближи? Дали просто ще изчезне в нея? Или ще се случи нещо по-интересно? Ето на това „ по-интересно “ се натъкват и учените, които се пробват да схванат по какъв начин гравитационните талази си взаимодействат, или, казано на теоретичен език, се разпръскват върху тези галактически чудовища.

Предизвикателство с удивителна: уловете вълната от началото до края

На пръв взор – какво му е толкоз сложното? Има уравнения на Айнщайн, има мощни компютри – можем да се считаме за късметлии. Но дяволът, както нормално, е в детайлите. За да разберем изцяло картината на разсейването, би трябвало да проследим вълната от момента, в който тя таман се доближава към черната дупка от „ безпределно далечното минало “, и до момента в който нейното „ ехтене “ не отлети в „ безпределно далечното бъдеще “.

Оттук стартира забавното. Безкрайността е комплицирано нещо. В стандартните модели тя е, по този начин да се каже, „ орязана “, като се преглежда единствено един краен район. Но тогава губим значима информация за входящите и изходящите сигнали. Представете си, че се пробвате да изследвате ехтене в планината, само че чувате единствено самия зов, а отразеният тон не доближава до вас, тъй като сте прекомерно покрай скалата. Това не е хубаво!

Преди доста време учените измислиха грациозен математически трик – конформното превръщане. Казано по-просто, това е като да си сложиш специфични очила, които „ свиват “ безпределно отдалечените области на пространство-времето, тъй че те да станат забележими и постижими за пресмятане. Благодарение на това можем да приказваме за неща като предходна нулева безконечност (където всичко е започнало) и бъдеща нулева безконечност (накъдето всичко се е устремило). По създание това са „ хоризонти “ за светлинните лъчи и гравитационните талази.

Нов взор към старите уравнения

Но даже и с „ вълшебните очила “ на конформната промяна общоприетите способи за пресмятане постоянно се провалят, когато би трябвало да се обзет по едно и също време и двете безкрайности. Повечето подходи работят добре или с „ предишното “, или с „ бъдещето “. Но какво да кажем, когато желаеме да забележим цялата картина?

И тъкмо тук се намесват героите на едно скорошно изследване – Йорг Фрауендинер и неговите сътрудници. Те са възприели един много модернизиран математически уред, прочут като Общи конформни уравнения на полето (GCFE), създаден от Хелмут Фридрих. Не се плашете от абревиатурата! Същността е в това, че тези уравнения в началото са „ прецизирани “ за работа с конформно преобразувано пространство-време и разрешават елегантно да се борави точно с тези безкрайности.

За да работи всичко както би трябвало, учените ползват още един трик – по този начин нареченото конформно калибриране на Гаус. Това е специфичен метод за избор на координатна система, който доста опростява уравненията и прави изчисленията по-стабилни. Представете си, че настройвате микроскоп: верният фокус (калибрирането) ви разрешава да видите ясна картина.

Въоръжен с този инструментариум, екипът моделира следната обстановка: статична (не въртяща се) черна дупка на Шварцшилд и попадаща в нея гравитационна вълна. И вълната била „ изстреляна “ от предходната нулева безконечност, а по-късно те са следили какво ще се случи в бъдещата такава. Точно както в действителен опит за разпръскване, единствено че в компютърна симулация!

Какво сподели „ гравитационният детектор “?

Резултатите са много любопитни!

Първо, учените съумяха напълно тъкмо да изчислят така наречен сила на Бонди – това е силата, която гравитационните талази отнасят до безкрайността. И те създали това както за входящите, по този начин и за изходящите талази. И също по този начин наблюдавали „ новините на Бонди “ – което всъщност е информация за формата и интензивността на самите талази.

Оказва се, че черната дупка не е просто въздържан абсорбатор. Когато гравитационна вълна я удари, тя стартира, по този начин да се каже, да „ вибрира “ и в отговор да излъчва талази. Това е сходно на метода, по който една камбана реагира на удар – тя не просто гълтам силата, а стартира да звъни, генерирайки звукови талази. И това не е просто отражение, а комплицирано, нелинейно взаимоотношение. Наблюдава се даже „ опашка “ или „ следващо зарево “ – гравитационно лъчение, което продължава известно време, откакто главната вълна е минала.

И още. Оказва се, че тъканта на пространство-времето е много „ твърда “. За да я „ разклатите “ добре, ви е нужна солидна порция сила. Изследователите открили, че колкото по-мощна е била първичната гравитационна вълна, толкоз по-голяма част от нейната сила се е трансформирала в изходящо излъчване. Тоест, в случай че „ чукнете “ по-силно, „ ехото “ ще бъде не просто по-силно, а релативно по-силно спрямо първичния подтик.

За какво са ни тези „ игри на мозъка “ с безкрайността?

Може да наподобява, че всичко това е доста нереално и надалеч от всекидневието. Отчасти това е по този начин. Но сходни проучвания придвижват напред фундаменталното ни схващане за Вселената. Те оказват помощ да се ревизират границите на общата доктрина на относителността на Айнщайн при рискови условия, като да вземем за пример наоколо до черни дупки.

Освен това има подмятания (все още доста неразбираеми, само че завладяващи!), че структурата на пространство-времето в тези безкрайности може да е обвързвана с някои аспекти на квантовата доктрина на полето. Кой знае, може би точно тук се крие ключът към бъдещата „ доктрина на всичко “?

Разбира се, работата, осъществена от Фрауендинер и неговия екип, е единствено първата, въпреки и доста значима стъпка. Предстоят още доста задания: да се научим да „ задаваме “ началните гравитационни талази в предходна безконечност още по-точно, да вземем поради други, още по-екзотични типове безкрайности (например галактически, където „ времето стопира “).

Но към този момент е ясно: разполагаме с нов, по-мощен инструмент за проучване на най-дълбоките секрети на гравитацията. А кой знае какви други удивителни „ мелодии “ на пространство-времето ще можем да чуем с помощта на него в бъдеще?