Новости науки | ||
16.05.01 Как "пощупать" пространственно-временную пену? | ||
Эффекты квантовой гравитации столь далеки от реального мира,
что, казалось бы, их экспериментальное наблюдение
задача безнадежная не только сегодня, но и в ближайшем будущем.
Однако не все так безрадостно: в работе [1] утверждается, что
уже в ближайшие годы новое поколение интерферометров сможет
"увидеть" квантовое дрожание пространства-времени: так называемую
пространственно-временную пену.
Пространственно-временная пена
один из наиболее известных и популяризованных эффектов в квантовой
теории гравитации. Считается, что на очень малых
расстояниях (порядка планковской длины) пространство имеет не гладкую,
плоскую структуру, а хаотично дрожит, флуктуирует.
Наглядный образ: пространство имеет губчатую, пенистую структуру,
что и отражено в названии.
К каким наблюдаемым эффектам может привести такое дрожание? Оно
может повлиять, например, на время распространения светового луча
между заданными точками. В самом деле, в искривленном пространстве
свет проходит иное расстояние между двумя точками, нежели в плоском. Поскольку искривленность
пространства на пути луча флуктуирует во времени, то и расстояние,
и время распространения света между двумя точками будет случайно
колебаться около некоего среднего значения.
Время распространения луча света измерить непросто,
зато вместо этого можно измерять фазу световой волны
в конечной точке: ведь она тоже будет флуктуировать.
Таким образом, мы приходим к следующей идее:
можно попытаться наблюдать флуктуации пространства-времени
с помощью интерферометра прибора, изучающего фактически
фазу световой волны. В таком приборе два когерентных световых луча
попадают в одну точку по двум разным путям. Поскольку
флуктуации пространства, чувствуемые этими лучами, не скоррелированы
друг с другом, их относительная фаза
в конечной точке будет "скакать" во времени,
что приведет к флуктуациям интенсивности суммарной световой
волны в этой точке. Регистрация этих колебаний интенсивности
и будет экспериментальным наблюдением флуктуаций пространства-времени.
Автор работы [1]
приводит теоретическую оценку для относительной величины флуктуаций
пространства-времени (или, в переводе на наш эксперимент,
величины флуктуации фазы по отношению к полной набежавшей фазе
при распространении луча). Считая, что это дрожание
представляет собой белый шум, автор оценивает спектральную мощность
в 5*10-44Гц-1.
Много это или мало? Хватит ли для наблюдения такого дрожания
точности интерферометрических исследований? Оказывается, уже
существующие интерферометры не так далеки от этого рубежа.
Экспериментальная ситуация проиллюстрирована на Рисунке. Уже
сегодня, к примеру, 40-метровый интерферометр в Caltech [2] и
интерферометр TAMA Японской Национальной Астрономической
Обсерватории [3] достигли отметки в
10-40Гц-1, а ведь это пока только прототипы
для будущих километровых интерферометров! Первое же поколение
серьезных гравитационно-волновых интерферометров типа LIGO [4] и
VIRGO достигнет рубежа 10-44Гц-1 за первые
годы своей работы. В следующей своей стадии, эти интерферометры
смогут улучшить чувствительность еще на несколько порядков и
начнут отслеживать флуктуации на уровне
10-48Гц-1. Это уже должно быть достаточно не
просто для наблюдения дрожания пространства-времени, но и для
аккуратного изучения явления и сравнения с предсказаниями
теоретических моделей.
[1] G.Amelino-Camelia, Nature, 410, 1065 (2001). Более развернутое
обсуждение вопроса см. в gr-qc/0104005.
| ||
|