Общая теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном, объясняет, как масса вызывает искривление ткани пространства и времени, или пространства-времени. Этот подход переосмысливает гравитацию как искривление пространства-времени.
Какой бы важной ни была эта теория для нашего понимания Вселенной, физики подчеркивают, что она может быть не последним словом. Вместо этого они утверждали, что квантовые теории гравитации, которые стремятся объединить общую теорию относительности и квантовую физику, содержат ключ к пониманию фундаментальных принципов, лежащих в основе работы нашей Вселенной.
Сильные столкновения между черными дырами, где гравитация наиболее интенсивна, — это одно из мест, где можно искать признаки квантовой гравитации. Сталкивающиеся черные дыры сотрясают пространство-время вокруг себя, посылая во все стороны волны, называемые гравитационными волнами.
LIGO, финансируемая Национальным научным фондом и управляемая Калифорнийским технологическим институтом и Массачусетским технологическим институтом, описала новые способы подвергнуть общую теорию относительности еще более строгим испытаниям. Тщательно изучая структуру черных дыр и вызываемую ими рябь в пространстве-времени, ученые ищут небольшие отклонения от общей теории относительности, которые могут указывать на существование квантовой гравитации.
Янбэй Чен (PhD03), профессор физики Калифорнийского технологического института и соавтор обоих исследований, сказал: Когда две черные дыры сливаются, образуя большую черную дыру, последняя черная дыра звенит, как колокол. Качество резонанса или его тембр могут отличаться от предсказаний общей теории относительности, если некоторые теории квантовой гравитации верны. Наши методы предназначены для поиска различий в качестве этой фазы тона, например, таких как гармоники и высота тона. «
В одном исследовании исследователи представили одно новое уравнение для описания резонанса черных дыр в контексте теорий удельной квантовой гравитации или так называемой системы общей теории относительности.
Исследование расширяет инновационное уравнение, созданное 50 лет назад профессором теоретической астрофизики Калифорнийского технологического института Робинсоном Солом Теукольским (доктор философии ’73). Чтобы понять, как рябь геометрии пространства-времени распространяется вокруг черных дыр, Теукольски разработал сложное уравнение.
Dongjun Li, аспирант Калифорнийского технологического института, сказал: «Если кто-то хочет решить все уравнения Эйнштейна для слияния черных дыр, чтобы точно смоделировать его, он должен обратиться к суперкомпьютерам. Методы численной относительности чрезвычайно важны для точного моделирования слияния черных дыр, и они обеспечивают решающую основу для интерпретации LIGO. данных. Но физикам чрезвычайно трудно делать интуитивные выводы непосредственно из численных результатов. Уравнение Тейкольского дает нам интуитивное представление о том, что происходит в фазе цикла».
«Наше новое уравнение позволяет нам моделировать и понимать гравитационные волны, распространяющиеся вокруг черных дыр, которые гораздо более экзотичны, чем ожидал Эйнштейн».
Во втором исследовании описывается новый метод применения уравнения Ли к фактическим данным, полученным LIGO и его партнерами в следующем наблюдательном эксперименте. Этот метод обработки данных удаляет свойства резонанса черной дыры, предсказанные общей теорией относительности, путем использования ряда фильтров для выявления признаков общей теории относительности, которые могут быть едва заметными.
Сычжэн Ма, аспирант Калифорнийского технологического института, сказал: «Мы можем искать функции, описываемые уравнением Донгджуна, в данных, которые будут собирать LIGO, Virgo и KAGRA. Донгджун нашел способ преобразовать большой набор сложных уравнений в одно уравнение, что очень полезно. Это уравнение более эффективным и простым в использовании, чем предыдущие методы».
Он сказал мне , «Эти два исследования хорошо дополняют друг друга. Сначала я беспокоился, что сигнатуры, предсказанные моим уравнением, будут скрыты под политонами и гармониками; к счастью, фильтры Сичжэна могут удалить все эти известные особенности, что позволит нам сосредоточиться на различиях».
Ссылки на журналы:
- Донджун Ли, Пратик Вагле, Янбэй Чен и Николас Юнес. Орбитальные возмущения вокруг черных дыр за пределами общей теории относительности: модифицированное уравнение Тюкольского. Физический обзор X. DOI: 10.1103/PhysRevX.13.021029
- Сычжэн Ма, Лин Сун и Янбэй Чен. Спектрометр черной дыры в режиме очистки. Физические обзорные письма. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.141401
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Ученые раскрыли секреты потери морских звезд и возобновления роста конечностей
Комплексное мероприятие сообщества людей с деменцией в Ратуте, посвященное Всемирному месяцу борьбы с болезнью Альцгеймера.
Новое исследование массивного надвига предполагает, что следующее большое землетрясение может быть неизбежным