Может ли гравитация быть источником света?

Способна ли гравитация создавать свет? Результаты нового исследования показывают, что да.

Около 14 миллиардов лет назад Большой взрыв ознаменовал собой рождение Вселенной. С тех самых пор она начала расширяться, постепенно охлаждаясь и становясь все более плотной. По мере падения температуры на просторах ранней Вселенной стали появляться первые частицы, формируя ядра известных нам атомов. С течением времени Вселенная изменилась и эволюционировала, подарив жизнь звездам, планетам, черным дырам и электромагнитным полям. Этого всего, однако, не существовало бы без самой главной движущей силы космоса – гравитации. Недавно исследователи предположили, что именно она ответственна за свет, впервые воцарившейся в космической пустоте. Согласно новой теории, гравитационные волны, вскоре после рождения Вселенной, накладывались друг на друга, создавая мощные волны гравитационной энергии. Последние, в свою очередь, могли заставить электромагнитные поля излучать свет. Но означает ли это, что гравитация может являться источником света?

Наши знания о событиях и силах, сформировавших раннюю Вселенную, зависят от нашей способности понимать самые экстремальные условия.

В 1920-х годах американский астроном Эдвин Хаббл наблюдал далекие галактики с помощью чрезвычайно мощного телескопа и сделал два ошеломляющих открытия. Во-первых, Хаббл выяснил, что Млечный Путь – всего лишь одна из миллиардов галактик. Во-вторых, все другие галактики постоянно удаляются друг от друга. Другими словами, он понял, что Вселенная расширяется и постоянно становится больше.

Несколько лет спустя бельгийский астроном Жорж Леметр использовал удивительные открытия Хаббла, чтобы предложить ответ на важный астрономический вопрос: как возникла Вселенная? Он предположил, что если Вселенная становится все больше и больше, то в прошлом она была значительно меньше. Намного меньше. Это означает, что миллиарды лет назад Вселенная представляла собой крошечную точку – сингулярность, породившую Большой взрыв.

Большой взрыв был моментом 13,8 миллиарда лет назад, когда Вселенная возникла как крошечный, плотный огненный шар, который взорвался.

Сегодня теория Большого взрыва – ведущая теория космологии. Большинство астрономов используют ее чтобы объяснить как возникла Вселенная. Правда, что именно послужило причиной Большого взрыва по-прежнему не известно.

Итак, после события, произошедшего 13, 8 миллиардов лет назад, Вселенная начала расширяться, а все вокруг состояло из газа, в основном водорода и гелия, который охлаждался с течением времени. Все потому, что гравитация медленно усиливала крошечные неоднородности в распределении газа, образуя пустые пространства и массивные облака водорода, что впоследствии, привело к образованию галактик, звезд, планет и других космических объектов. Выходит, гравитация является своего рода генеральным директором космоса, ответственным за все происходящее на его просторах.

Среди четырех фундаментальных сил гравитация особенно выделяется, так как управляет природой известных астрофизических объектов, таких как звезды и галактики, а также структурой и эволюцией всей Вселенной. Эта сила впервые была признана универсальной и действующая между любыми двумя частицами материи, Исааком Ньютоном в семнадцатом веке. Используя свой знаменитый закон всемирного тяготения и независимо разработанное им исчисление, Ньютон смог описать движение объектов вблизи поверхности Земли, орбиту Луны вокруг Земли и орбиты планет вокруг Солнца.

Гравитация управляет всем, что мы видим не только вокруг себя, но и тем, что происходит на просторах Вселенной

Читайте также: Если гравитация это не сила, то как она «притягивает» объекты?

Но, несмотря на успехи, теория Ньютона не согласуется со специальной теорией относительности, что привело Альберта Эйнштейна к разработке удивительной новой теории – Общей теории относительности (ОТО), которая описывает гравитацию как выражение искривления пространства-времени, создаваемого материей и энергией.

ОТО, в свою очередь, совместима со специальной теорией относительности и согласуется с теорией Ньютона, когда гравитация слаба, как в Солнечной системе. Он способен объяснить небольшое расхождение в наблюдаемой орбите планеты Меркурий по сравнению с орбитой, предсказанной теорией Ньютона, предсказать правильное значение отклонения света под действием силы тяжести и предсказать существование гравитационных волн.

Гравитационные волны носили в основном теоретический характер с тех пор, как Альберт Эйнштейн впервые предположил об их существовании более 100 лет назад, в 1918 году.

Напомним, что гравитационное искривление света лежит в основе гравитационного линзирования, которое оказалось важным инструментом для астрономов. Не важным открытием стало обнаружение уже упомянутых гравитационных волн в 2016 году. Тогда исследователи из лабораторий LIGO и VIRGO обнаружили так называемую рябь пространства-времени, вызванную столкновением двух сверхмассивных черных дыр.

Подробнее об этом знаменательном событии ранее рассказывал мой коллега Артем Сутягин.

Новая теория предполагает, что экстремальные силы гравитации после большого взрыва, возможно, были настолько невероятно сильны, что они создали первый свет во Вселенной. Теория надеется пролить “свет” на относительно короткое время после Большого взрыва (первые несколько сотен тысяч лет), когда Вселенная была темной. Если предположения ученых подтвердятся, то физики и космологи наконец смогут разгадать тайну гравитации.

В частности, группа исследователей из Ягеллонского университета в Польше и Университета Макгилла в Монреале, Канада, полагают, что экстремальные гравитационные волны были настолько сильными после Большого взрыва, что, возможно, вырвали энергию прямо из ткани реальности и высвободили часть этой энергии в свет.

Согласно новой теории, во время расширения, сразу после Большого взрыва, гравитационные волны, возможно, накладывались друг на друга, создавая огромные стоячие волны гравитационной энергии.

В космологии ранней Вселенной параметрический резонанс играет решающую роль в передаче энергии обычной материи в конце гипотетического периода инфляции, – объясняют авторы статьи в ее предварительной публикации.

Исследователи, стоящие за новой теорией, отмечают, что события, о которых идет речь, произошли достаточно давно, а значит прямого способа измерить его и непосредственно подтвердить теорию не существует. Тем не менее, они полагают, что остаточные эффекты этих массивных столкновений все еще можно обнаружить с помощью современных телескопов.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Авторы новой работы полагают, что массивные гравитационные волны, возможно, располагались в определенных местах раннего космоса, пока не столкнулись с другими гравитационными волнами, проходящими рябью сквозь ткань пространства-времени. Их взаимодействие друг с другом привело к нестабильности на квантовом уровне, из-за чего произошел выброс безмассовых частиц света – фотонов.

По сути, это был бы первый свет во Вселенной, который появился благодаря силе гравитационных волн, – отмечают исследователи.

Гравитационные волны удалось обнаружить благодаря столкновению двух сверхмассивных черных дыр

Необходимо отметить, что гравитационные волны в том виде, в каком мы знаем их сегодня, чрезвычайно слабы и чтобы их обнаружить, требуется мощнейшее оборудование. Во времена ранней Вселенной, однако, гравитационные волны были очень мощными и смогли невероятным образом создать свет. И поскольку эти гравитационные волны в буквальном смысле являются просто гравитацией, то представляют собой мощь гравитационной энергии.

Исследователи также указывают, что некоторые гравитационные волны в ранней Вселенной и вовсе могли находиться в «замороженном» состоянии, удерживая огромное количество энергии в одном месте. Авторы работы предполагают, что в то время эти области, возможно, возбуждали электромагнитное поле Вселенной, создавая излучение и свет.

Это интересно: Искусственная гравитация перестаёт быть фантастикой

Идея о том, что гравитация может создавать свет, является совершенно новой, и ученые, без сомнения, захотят углубиться в нее, чтобы понять, возможно ли это. Но так как обо всем, что касается ранней Вселенной, информации недостаточно, крайне маловероятно, что мы когда-нибудь узнаем окончательный ответ.

Новое открытие, если окажется верным, откроет новую эпоху в нашем понимании самой главной силы Вселенной

Вам будет интересно: Ученые приблизились к созданию новой теории квантовой гравитации

И тем не менее сама возможность того, что гравитационные волны могли помочь создать свет в ранней Вселенной, заслуживает восхищения. Это открытие, если окажется верным, может привести к пониманию одного из самых темных периодов существования нашей Вселенной. Ну а пока будем довольствоваться гравитационными волнами, что позволяют заглядывать в самые загадочные объекты во Вселенной – черные дыры.