Fizikai uždraudė gravitacijai sklisti greičiau nei 1,4 šviesos greičio

Bendrojoje reliatyvumo teorijoje (BRT) gravitacinių bangų sklidimo greitis (kaip ir bet kurių kitų informaciją pernešančių virpesių) ribojamas šviesos greičiu. Antra vertus, gravitacijos greitis turi būti bent šiek tiek viršyti šviesos greitį, kad nekiltų gravitacinis Čerenkovo spinduliavimas (šis keistas reiškinys buvo teoriškai numatytas 2001 metais). Be to, egzistuoja daugybė alternatyvių gravitacijos teorijų, kuriose jos greitis gali įgauti visiškai netikėtas reikšmes (beje, dauguma mokslininkų šias teorijas vertina skeptiškai). Todėl labai svarbu gravitacijos greitį išmatuoti tiksliai.

Tačiau atlikti tai dabar sudėtinga, nes dar maža eksperimentinių duomenų. Gravitacinės bangos pirmą kartą užregistruotos 2015 metų rugsėjį LIGO įrenginiu. LIGO sudaro dvi observatorijos – Livingstone (Luizianos valst.) ir Henforde (Vašingtono valst.). Pagrindinis šių observatorijų elementas – modifikuotasMichelsono interferometeras, kuriuo galima aptikti observatorijos atšakų ilgio pokyčius, kai per juos sklinda gravitacinė banga. Kol kas užregistruotos vos trys susiliejančių juodųjų skylių sukeltos gravitacinės bangos.

Ieškodami greičio ribų, mokslininkai naudojosi tuo, kad LIGO observatorijas skiria 3000 km (tai atitinka 10 šviesos milisekundžių), dėl ko signalai registruojami ne vienu metu. Šiai delsai būdingas tikimybinis pasiskirstymas, priklausantis nuo gravitacijos sklidimo greičio. Naudojant Bajeso teoremą, galima rasti atvirkštinį pasiskirstymą (greičio nuo delsos). Iš anksto įvertindami greičių pasiskirstymą, fizikai nagrinėjo dvi hipotezes: tolygų pasiskirstymą intervaluose nuo 0,01 iki 100 ir nuo 1 iki 100 šviesos greičių. Mokslininkai pažymi, kad kurios nors vienos hipotezės pasirinkimas neturėtų atsiliepti viršutinės ribos nustatymui.

Naudodami šį metodą trims LIGO užfiksuotiems rezultatams, fizikai gavo gravitacinių bangų greičių tikimybių pasiskirstymą. Paaiškėjo, kas 90% tikimybe greičio reikšmė yra 0,55 c – 1,42 c intervale (antrosios hipotezės atveju – nuo 1,0c iki 1,4c). Tokį mažą tikslumą lemia mažas duomenų kiekis. Jei detektorių būtų daugiau ar atlikta daugiau matavimų LIGO, galimų reikšmių intervalą būtų galima apibrėžti daug tiksliau — pavyzdžiui, panaudojus penkių LIGO - Virgo – Kagra tinklo eksperimentų duomenis, būtų pasiektas vieno procento šviesos greičio tikslumas.

Verta pažymėti, straipsnyje pateikti gravitacijos greičio apribojimai, greitai bus gerokai patikslinti, nes spalio 16 dieną buvo paskelbta apie dviejų neutroninių žvaigždžių susiliejimo sukurtą gravitacinių bangų ir gama spinduliavimo užfiksavimą. Šių dviejų spinduliavimo tipų registravimo skirtumas buvo apie 1,7 sekundės, o pačios žvaigždės yra už maždaug 40 megaparsekų, tad galima suskaičiuoti galimą gravitacijos greičio ir šviesos greičio skirtumą.

Tačiau mokslininkų straipsnis irgi įdomus, nes jame pirmą kartą nustatyta žemutinė gravitacijos greičio riba. Be to, sukaupus daugiau matavimų duomenų, jų parengtu metodu bus galima gauti nepriklausomus gravitacinių bangų sklidimo greičio vertinimus.

D. Trunin

nplus1.ru