Исследователи из Аризонского государственного университета и Массачусетского технологического института (США) предложили новый способ проверки утверждения о том, что гравитация имеет квантовую природу. Так как чувствительность гравитационных антенн пока что недостаточна даже для детектирования гравитационных волн как таковых, ученые предложили использовать косвенный метод, основанный на анализе анизотропии реликтового излучения. Подробности приводятся в статье физиков (препринт доступен на arxiv.org), а кратко о ней рассказывает Nature News.
Авторы предложения, среди которых лауреат Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек (приз за открытие асимптотической свободы кварков) исходят из того, что Вселенная в определенный момент расширялась намного быстрее, чем сейчас. В этот момент, согласно так называемой инфляционной модели, пребывающая еще в виде кварк-глюонной плазмы материя расширялась под действием некоторого ныне никак не проявляющего себя поля и именно на стадии инфляции пространственная структура Вселенной стала отличаться от абсолютно однородной сферы. Эта неоднородность, в свою очередь, повлияла на возникшее при Большом Взрыве электромагнитное излучение, которое сейчас можно наблюдать в микроволновом диапазоне на любом участке неба.
Ряд спутниковых миссий показал, что такой реликтовый микроволновый фон действительно анизотропен, а наземные исследования при помощи обсерватории на Южном полюсе позволили выявить в этом фоне ранее предсказанный теоретиками сигнал, связанный с гравитационными неоднородностями в ранней Вселенной. По мнению Вильчека и его соавтора, Лоуренса Красса, расширяющаяся Вселенная сама являлась детектором гравитационных волн и анализ ее поведения на этапе инфляции может дать ответ на вопрос о том, квантуется ли гравитационное поле. Оценки, сделанные учеными, говорят о принципиальной возможности обнаружения нужного сигнала в реликтовом излучении, однако далеко не все эксперты согласны с мнением Вильчека и Красса.
Профессор астрофизики Стивен Бон замечает, что в своих вычислениях физики считают амплитуду волн пропорциональной первой степени постоянной Планка: в то время как период инфляции описывается далеко не только этим параметром. «По моему мнению, — приводит слова Бона Nature News, — теории квантовой гравитации и инфляционного расширения Вселенной отличаются такой свободой параметров, что каким бы не оказался реальный уровень поляризации реликтового фона, эти теории все равно согласуются с наблюдениями». Вильчек отчасти соглашается со скептицизмом Бона, однако добавляет, что исследования анизотропии реликтового излучения позволяет получить ту информацию, которая сузит потенциальный круг теорий, наложив на ряд из них существенные ограничения.
Анизотропию реликтового излучения недавно предложили объяснять действием некоторого искривлявшего пространство-время поля на стадии инфляции. Кроме того, еще одна связанная с теорией гравитацией новость затрагивает расширение Вселенной уже в настоящее время: одна из концепций предлагает связать ускорение расширения Вселенной с наличием у квантов гравитации определенной массы. Причем теория массивных гравитонов тоже предполагает возможность проверки уже в ближайшие годы.