Подтверждена теория Эйнштейна в ущерб Теории всего

Изображение: S. Ossokine, A. Buonanno, T. Dietrich, Max Planck / Institute for Gravitational Physics / R. Haas / NCSA

Группа ученых из коллаборации LIGO и Virgo не нашли признаков «утечки» гравитационных волн из-за гипотетических дополнительных измерений. Это позволяет отвергнуть ряд теорий, включающих гравитацию в Стандартную модель (описывающую свойства всех известных частиц и трех из четырех фундаментальных взаимодействий), то есть являющихся кандидатами на роль Теории всего. Результаты их работы, опубликованной в репозитории препринтов Arxiv, подтверждают общую теорию относительности Эйнштейна.

17 августа 2017 года детекторы гравитационных обсерваторий LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и Virgo впервые зафиксировали сигнал GW170817 от слияния двух нейтронных звезд. Катастрофа породила гравитационные волны и килоновую, сопровождающуюся коротким всплеском гамма-излучения, яркой вспышкой в оптическом и инфракрасном диапазоне и долгим послесвечением в рентгеновских и радиолучах. Наблюдения позволили установить строгие ограничения на разницу между скоростью света и скоростью гравитационных волн, на нарушения Лоренц-инвариантности и эффект Шапиро — задержку электромагнитных сигналов во времени в гравитационном поле.

В общей теории относительности скорость гравитационных волн равна скорости света, однако более экзотические модели, претендующие на роль Теории всего, предполагают, что в зависимости от удаленности источника на распространение гравитационных волн могут влиять специфические эффекты. Например, волны могут подвергаться дисперсии из-за нарушения Лоренц-инвариантности или ослабляться из-за наличия дополнительных измерений. Гравитационная «утечка» (англ. gravitational linkage) происходит из-за «просачивания» гравитонов в более многомерное пространство, которое предлагается в рамках различных теорий квантовой гравитации.

Так как гравитационная «утечка» зависит от числа дополнительных измерений, по изменению амплитуды гравитационных волн можно определить приблизительное число этих измерений. Если последние существуют, расстояние от источника, определенное по гравитационным волнам, должно превышать расстояние, определенное по электромагнитной радиации. Согласно многим экзотическим моделям, свет и материя может перемещаться только в четырех измерениях. Исследователи пришли к выводу, что имеющиеся на настоящий момент данные согласуются с моделью четырехмерной Вселенной.

Ученые подчеркивают, что некоторые модели, предполагающие наличие дополнительных измерений и «гравитационную утечку, которая внезапно проявляется на больших расстояниях», пока не могут быть полностью отвергнуты. Однако будущие наблюдения с помощью гравитационных детекторов позволят проверить и их.