Работа Альберта Эйнштейна сыграла решающую роль в современном понимании гравитационных волн и развитии вынужденного излучения, которое привело к изобретению лазеров. Доктор Цзин Лю из Университета Китайской академии наук объединил эти два направления в интригующем предложении: можно создать гравитационный аналог лазера.
Давайте начнем с основ:
Слово laser (лазер) расшифровывается как «усиление света путем вынужденного излучения» (англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Лазерный луч состоит из света примерно одинаковой частоты (или, другими словами, он монохромный) и является когерентным, то есть имеет одинаковую длину волны и движется в одной фазе. Благодаря этому его можно сфокусировать, превратив с высокой точностью в узкий пучок, или использовать для создания сверхкоротких импульсов. Стимулируя квантово-механический переход энергии, можно получить свет с одной и той же частотой.
Существуют природные лазеры, и их называют мазерами, где буква «м» означает микроволны. Источниками астрофизических мазеров могут быть многие объекты, включая кометы, звездные атмосферы и даже полярные сияния Юпитера. Итак, если свет может создать лазер, то способна ли на это гравитация?
Гравитационные волны имеют схожие со светом свойства. Например, они имеют частоту и движутся со скоростью света, поэтому, в принципе, с их помощью можно сделать лазер. Для этого потребуется источник, который будет производить стимулированные гравитационные волны с определенной частотой. Все, что имеет массу и движется, создает гравитационные волны, но вы не получите того специфического перехода энергии, с которым сталкиваются атомы.
Но, возможно, существует нечто вроде гравитационного атома — структуры, в которой гравитационные взаимодействия преобладают над электромагнитными. Теоретическая идея гравитационного атома возникла недавно, и доктор Лю использовал ее, чтобы проверить, возможен ли гравитационный лазер. Гравитационный атом Лю представляет собой вращающуюся черную дыру, окруженную облаком аксионов, невероятно легких гипотетических частиц, которые являются ведущим кандидатом на роль темной материи.
Хотя работа еще не прошла рецензирование, она предполагает, что теоретически в облаках аксионов можно генерировать резонансные энергетические переходы. Эти переходы, подобно тому, как электрон в атоме теряет или набирает энергию, будут испускать гравитационные волны той же энергии и направления. Это и был бы гравитационный лазер.
Итак, готовы ли мы найти природные гравитационные лазеры? Не совсем. Есть много гипотез, но понимание того, как могут выглядеть гравитационные сигналы, является ключом к их реальному обнаружению. А лазерный сигнал не будет похож ни на что из того, с чем мы сталкивались до сих пор, поэтому важно знать, что он может собой представлять.
Препринт исследования доступен на ArXiv.
