Гравітаційні хвилі у Всесвіті

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Звернемо тепер увагу на те, що наша планета повинна не тільки випромінювати гравітаційні хвилі, але і сприймати їх з простору, тобто може грати роль гравіоантени. А раз так, хвилі гравітації, що приходять ззовні здатні надавати якийсь вплив на «внутрішнє життя» Землі. Найбільший англійський фізик-теоретик Поль Дірак висловив привабливу здогадку, що астрономічні аномалії в обертанні Землі, наприклад, нерівномірне обертання навколо осі, яке викликає зміни тривалості доби, можуть бути викликані ні чим іншим, як впливом падаючих на планету імпульсів гравітаційних хвиль.

Ретельне вивчення коливань земної кулі рано чи пізно дозволить «розсортувати» їх, відокремити ті коливання, які викликані саме гравітаційними хвилями, і, дослідивши їх, визначити потужність цих хвиль. Ті ж Вебер, Форвард та Зіпой у співпраці з сейсмологами зробили розрахунки в цьому напрямку.

І ще одне цікаве міркування. До сих пір ми весь час підкреслювали нікчемність потужності гравітаційних хвиль. Навіть системи подвійних зірок випромінюють їх вкрай мало. Але не треба забувати, що хвилі ці могли випромінюватися багато мільярдів років. Будь-яке коливання, практично будь-яке обертання безперервно викликали таке випромінювання. І завдяки цьому загальна кількість його поступово збільшувалася. Цілком ймовірно, в нашому Всесвіті повинно помалу накопичитися досить багато гравітаційних хвиль. До того ж вони можуть бути випроменені в особливо великих кількостях при вибухах наднових зірок і при інших бурхливих астрономічних катаклізмах типу народження і зіткнення галактик і зірок.

Американський вчений Дж. Уілер вважає, що щільність енергії (або еквівалентної їй маси) гравітаційних хвиль у Всесвіті складає в середньому приблизно 10 в мінус 30 ступені грама на кожен кубічний сантиметр простору. Мізерно мала величина? Звичайно. Але вона приблизно дорівнює щільності енергії (або відповідній їй масі) всієї звичайної видимої матерії у вигляді зірок, планет, космічного пилу і т. п.

У зв’язку з цим цікаво звернути увагу на те, що зовсім недавно фізики Б. М. Понтекор і Я. А. Смородинський в Дубні, а також В. М. Харитонов в Єревані зуміли оцінити щільність у Всесвіті згадуваних вище нейтральних частинок – нейтрино. Вони прийшли до дивних висновків. Ці вкрай важко вловимі частинки, вельми слабо реагують з речовиною і здатні безперешкодно проходити крізь товщі океанів і всієї Землі, мабуть, накопичилися за мільйони століть у величезній кількості. Їх щільність теж приблизно дорівнює щільності всієї видимої матерії (щоб пояснити цей факт, нагадаємо, що при термоядерних реакціях, що йдуть на Сонці, близько десяти відсотків енергії випускається у вигляді невловимих нейтрино, які, таким чином, викидаються у Всесвіт разом зі світлом).

Всі ці підрахунки, поки, щоправда, не претендують на велику точність, по всій видимості, приводять до висновку, що в нашому Всесвіті загальна енергія матерії всіх звичайних видів становить приблизно лише одну третину або половину від загальних запасів енергії. Решта їх частина припадає на частку нейтрино і, можливо, гравітаційних хвиль.

Автор: Д. Д. Іваненко.