Самое точное решение уравнений Эйнштейна: ученые обнаружили скрытую математику Вселенной

Фото: space.com

Физики сделали самые точные на сегодняшний день предсказания неуловимых искажений пространства-времени, возникающих, когда две черные дыры пролетают близко друг к другу. Результаты показывают, что абстрактные математические концепции из теоретической физики имеют практическое применение в моделировании пульсаций пространства-времени. Исследование опубликовано в журнале Nature, пишет Space.

Гравитационные волны — это искажения или пульсации в ткани пространства-времени, которые вызваны движением черных дыр или нейтронных звезд. Впервые гравитационные волны предсказал в общей теории относительности Альберт Эйнштейн в 1915 году. Но впервые эти волны были обнаружены только через 100 лет.

Чтобы понять сигналы, принимаемые детекторами гравитационных волн, ученым нужны чрезвычайно точные модели того, как эти волны должны выглядеть. До сих пор физики использовали мощные суперкомпьютеры для моделирования взаимодействий черных дыр, но это медленный процесс, который требует многих вычислений.

Теперь же физики выбрали другой подход. Вместо изучения слияний черных дыр, они сосредоточились на случаях, когда две черные дыры вращаются близко друг к другу под действием взаимного гравитационного притяжения, а затем продолжают движение по отдельным траекториям, не сливаясь. Эти встречи черных дыр создают сильные сигналы гравитационных волн.

Чтобы точно смоделировать эти события, ученые использовали квантовую теорию, которая обычно используется для описания взаимодействий между элементарными частицами. Начиная с простых приближений и увеличивая их сложность, физики вычислили ключевые результаты близких пролетов черных дыр: насколько они отклоняются, сколько энергии выходит в виде гравитационных волн и насколько сильно черные дыры отскакивают после взаимодействия.

Физикам удалось получить наивысший уровень точности, когда-либо достигнутый при моделировании этих взаимодействий. Достижение этого уровня беспрецедентно и представляет собой самое точное решение уравнений Эйнштейна, полученное на сегодняшний день, говорят ученые.

При расчете энергии, выпускаемой в виде гравитационных волн, физики обнаружили, что в уравнениях появились сложные шестимерные формы, известные как многообразия Калаби–Яу. Эти абстрактные геометрические структуры, которые используются для отображения многомерных поверхностей, долгое время были основой теории струн, которая пытается объединить квантовую механику с общей теорией относительности, то есть лучшей теории гравитации. гравитацией. До сих пор эти структуры считались чисто математическими конструкциями, которые нельзя использовать для проверки гипотез, связанных с наблюдаемыми явлениями.

Но в новом исследовании эти формы появились в расчетах, описывающих энергию, выпускаемую в виде гравитационных волн, когда две черные дыры пролетали мимо друг друга. Впервые они появились в контексте, который, в принципе, можно было бы проверить с помощью реальных экспериментов.

Физики считают, что эти результаты значительно улучшат будущие теоретические модели, направленные на предсказание сигналов гравитационных волн.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform