гравитационные волны и теория инфляции

Гравитационные волны никогда не были обнаружены напрямую.

Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности и выводятся из других наблюдений.

Веским доказательством гравитационных волн является изменение периода двойной звездной системы Халс-Тальор . Энергия теряется из системы со скоростью, соответствующей излучению гравитационных волн.

Сообщение от 17 марта 2014 года, свидетельствующее о первичных гравитационных волнах, не является прямым наблюдением волн. Вместо этого наблюдались фотоны, и гравитационные волны выводились из фотонов. Теперь, когда исследовательская группа (BICEP2) опубликовала свою работу в рецензируемом журнале, они заявляют, что на самом деле пыль может быть ответственна за эффект, приписываемый гравитационным волнам. Цитируя их опубликованную статью, «модели недостаточно ограничены ... чтобы исключить возможность излучения пыли, достаточно яркого, чтобы объяснить весь избыточный сигнал». Таким образом, еще не подтверждено, что первичные гравитационные волны были обнаружены.

•Почему для ГВ требуются такие уровни энергии?

Не существует пороговой энергии для создания гравитационных волн. Например, вращающийся стержень, вращающийся перпендикулярно оси стержня, будет создавать гравитационные волны. Однако гравитация — относительно слабая сила, и обнаружить гравитационные волны очень трудно, пока невозможно.

• Почему притягательная гравитация не создает ГВ?

Рискуя упростить, скажем, что гравитационные поля, изменяющиеся во времени, создают гравитационные волны. Или, говоря более технически, n-я производная по времени n-мультипольного момента (например, 3-я производная квадропольного момента) тензора энергии-импульса должна быть отличной от нуля, чтобы возникали гравитационные волны. Притяжение (например, два объекта, притягивающие друг друга и вращающиеся вокруг своего общего центра масс) могут вызывать гравитационные волны, если существует зависимость от времени, такая как вращение по орбите.

Судя по заголовку, я предполагаю, что вы думаете об отчетах о том, что гравитационные волны были обнаружены командой BICEP2 . Они измерили поляризацию космического микроволнового фона и обнаружили закономерности, которые, по их заключению, должны были быть вызваны первичными гравитационными волнами во время инфляции . Однако теперь кажется вероятным, что они неправильно оценили фоновый шум в своих данных, и уже не ясно, действительно ли они обнаружили GW или нет. Если кому-то интересно , их статья находится здесь , или Google BICEP2 для многих, многих статей в блогах по этому вопросу.

Таким образом, на данный момент единственным безопасным обнаружением GW является косвенное обнаружение по измерениям бинарной системы Халса-Тейлора, как упомянул Дейв в своем ответе. Однако это не делает ваш вопрос недействительным, и мы по-прежнему можем рассмотреть поднятые вами вопросы.

Почему ГВ требует таких уровней энергии?

Космическая инфляция произошла в начале эволюции Вселенной, когда энергии были чрезвычайно высоки, и (при условии, что наши теории верны) она должна была породить большое количество гравитационного излучения. Но гравитационные волны не требуют большой энергии. В качестве аналогии рассмотрим создание звуковых волн: если вы хлопнете в ладоши, люди услышат звук на расстоянии нескольких ярдов, а если вы взорвете водородную бомбу, звук будет слышен людям за много миль! Чтобы издать звук, не нужны высокие энергии, но высокие энергии производят очень громкий звук.

В принципе, мы с вами генерируем гравитационные волны, просто двигаясь, но интенсивность этих волн абсурдно мала. Двойная система Халса-Тейлора гораздо более энергична, чем вы и я, но даже она генерирует такое небольшое количество гравитационных волн, что для их обнаружения требуются чрезвычайно тщательные измерения. Дело не в том, что очень высокие энергии, задействованные во время инфляции, были необходимы для генерации гравитационных волн, а в том, что для генерации гравитационных волн требовались такие высокие энергии, которые мы все еще можем обнаружить 13,7 миллиарда лет спустя.

Почему притягательная гравитация не создает ГВ?

Дело не в привлекательности или иной гравитации. Гравитационные волны создаются любым распределением материи или энергии, которое имеет колебательный квадропольный момент . Это применимо к экзотической материи и негативной материи (если они существовали, чего, вероятно, нет) точно так же, как и к обычной материи.

И наконец:

Если GW поддерживает теорию инфляции, то почему экспоненциальный рост Вселенной остановился (или остановился?)

Никто не знает ответа на этот вопрос, потому что у нас нет фундаментальной теории инфляции. Различные теории инфляции постулируют скалярное поле, которое ее вызывает, но не дают конкретного описания физики, создающей это поле. Как правило, поле будет выбрано таким образом, чтобы инфляция закончилась после необходимого количества электронных складываний.

Предпринимаются попытки дать фундаментальное описание скалярного поля, например, связать его с частицей Хиггса , но до сих пор не найдено общепринятой теории.