Из четырех фундаментальных сил физики гравитация — это та, с которой мы больше всего знакомы в повседневной жизни, но она также единственная, которую в настоящее время нельзя объяснить с помощью квантовой физики. Теперь ученые наметили план поиска признаков квантовой гравитации в космосе, прислушиваясь к «звону» сталкивающихся черных дыр.
Три из четырех фундаментальных взаимодействий — электромагнетизм, слабое и сильное ядерные взаимодействия — можно описать как поля и переносятся конкретными частицами. Электромагнетизм, например, переносится фотонами и создает электрические и магнитные поля.
Однако гравитацию нельзя объяснить таким образом. На данный момент лучшей моделью, которая у нас есть, является общая теория относительности Эйнштейна, но в определенных ситуациях — например, вблизи черных дыр — эта теория не работает, указывая на то, что она неполна. В течение десятилетий ученые искали теорию квантовой гравитации, которая объяснила бы силу с точки зрения квантовой механики, переносимую гипотетической частицей, называемой гравитоном, но до сих пор от нас ускользало доказательство.
Теперь пара новых исследований показала, как астрофизики могут искать подсказки в ближайшие годы. Гравитационные волны — это рябь в самой ткани пространства-времени, вызванная катастрофическими событиями, такими как столкновения между черными дырами и/или нейтронными звездами, которые обнаруживаются такими обсерваториями, как LIGO. Команда показала, что «тона» этих столкновений могут намекать на физику, которая не совсем соответствует текущим моделям.
«Когда две черные дыры сливаются, образуя большую черную дыру, последняя черная дыра звенит как колокол», — сказал Янбей Чен, соавтор обоих исследований. «Качество звона или его тембр может отличаться от предсказаний общей теории относительности, если верны некоторые теории квантовой гравитации. Наши методы предназначены для поиска различий в качестве этой фазы звонка, таких как, например, гармоники и обертоны». теории квантовой гравитации. Он основан на уравнении, впервые разработанном физиком-теоретиком Солом Теукольским в 1970-х годах. Во втором исследовании команда описывает, как новое уравнение можно применить к данным, полученным с помощью LIGO, отфильтровав фоновый шум.
Поскольку LIGO совсем недавно запустилась после трехлетнего перерыва для обновлений, мы вскоре мы сможем проверить идею квантовой гравитации.
Исследование было опубликовано в журналах Physical Review X и Physical Review Letters. .
