Вселенський інтернет. Фізики пропонують неймовірний спосіб передачі інформації через гравітаційні хвилі

29 жовтня 2018, 21:02

Група фізиків довела, що гравітаційні хвилі можуть бути засобом передачі даних фактично на будь-яку відстань у Всесвіті

Гравітаційні хвилі, давно передбачені Альбертом Ейнштейном, були вперше зафіксовані у вересні 2015 року в лазерно-інтерферометричній гравітаційно-хвильовій обсерваторії LIGO в США.

Відео дня

Про відкриття було офіційно заявлено в лютому 2016 року. І воно не тільки підтвердило правоту Ейнштейна щодо будови Всесвіту, а й позначило нове поле для досліджень.

А також окреслило нові горизонти для любителів сміливих наукових гіпотез.

Наприклад, гіпотези про те, що гравітаційні хвилі можуть бути засобом трансляції інформації.

Подібно до того, як ми сьогодні використовуємо для комунікацій електромагнітні хвилі, які передаються через антени і супутник, в майбутньому зв'язок може базуватися на гравітаційних хвилях.

Гравітаційні хвилі

Перше припущення про те, що гравітація може поширюватися за допомогою хвиль і зі швидкістю, не більшою ніж швидкість світла, зробиву 1900 році голландський фізик Гендрік Антон Лоренц (той самий лауреат Нобелівської премії з фізики 1902 року ім'ям якого названа сила, що діє на рухомий заряд з боку електромагнітного поля).

У 1905 році французький математик Жюль Анрі Пуанкаре ввів термін «гравітаційна хвиля». І нарешті в 1916 році Альберт Ейнштейн в рамках Загальної теорії відносності описав, як механічна система може передати енергію гравітаційним хвилям.

Детектори лабораторії LIGO, розташовані в Генфорді (штат Вашингтон) і Лівінгстоні (штат Луїзіана) зафіксували сигнал злиття чорних дір з інтервалом 7 мілісекунд 14 вересня 2015 року.

Форма сигналу співпадала з передбаченою загальною теорією відносності. Були проведені розрахунки на відхилення гравітаційних хвиль від швидкості світла, виявилося, що воно лежить в межах похибки і фактично може вважатися рівним нулю. За це відкриття було присуджено Нобелівську премію з фізики за 2017 рік — її отримали американські фізики Рейнер Вайс, Баррі Беріш і Кіп Торн.

Вважається, що гравітаційні хвилі є «брижами» простору-часу і являють собою зміни гравітаційного поля, які поширюються як хвиля на поверхні води. Хвилі випромінюються рухомими масами і великими астрономічними подіями (наприклад, злиттям чорних дір), але згодом існують незалежно від них. Ейнштейн передбачав (і це досі не спростовано), що гравітаційні хвилі поширюються в просторі зі швидкістю світла.

Гравітаційно-хвильовий зв'язок

Про те, що гравітаційні хвилі можуть бути використані для далекого бездротового зв'язку, вперше заговорили в 1970-х з подачі радянського фізика Віктора Буніна.

У 1972 році він навіть зареєстрував Авторське свідоцтво на винахід СРСР (аналог американського патенту). Сам винахід називався «система передачі і прийому сигналів за допомогою гравітаційних хвиль».

На думку Буніна, гравіозв’язок (такий термін використовувався в 1970-х) має незаперечну перевагу в порівнянні з радіозв'язком. На відміну від електромагнітних хвиль, які слабшають, проходячи через електропровідні середовища (наприклад, землю і воду), гравітаційні хвилі з легкістю проходять через будь-які речовини.

Оскільки самі гравітаційні хвилі на той момент ще не були зафіксовані й залишалися теорією, винахід радянського фізика не отримав пильної уваги з боку громадськості.

А даремно, адже в своїх роботах він досить детально описує гіпотетичний пристрій, який дозволяв би передавати інформацію за допомогою гравітації.

І ось через два роки після того, як гравітаційні хвилі були в дійсності зафіксовані, група російських фізиків опублікувала в авторитетному американському журналі Classical and Quantum Gravity роботу на ту ж тему.

Гравітаційні хвилі були описані і передбачені Альбертом Ейнштейном в Загальній теорії відносності

Дослідники з декількох російських університетів на чолі з професором Ольгою Бабуровою провели дослідження з метою з'ясувати, чи можна закодувати інформацію в гравітаційних хвилях.

Дослідження складалося з трьох етапів.

На першому вчені проаналізували властивості гравітаційних хвиль за допомогою тривимірної алгебраїчної моделі. Була використана математична абстракція — векторний простір без джерела координат. Це дозволило співвіднести гравітаційні хвилі з реальним простором. І встановити, що при такому математичному поданні гравітаційних хвиль існують функції, які залишаються незмінними при поширенні хвиль.

На другій стадії дослідники спробували з'ясувати, чи можуть функції часу змінити процес поширення гравітаційних хвиль. І дійшли висновку, що джерело гравітаційної хвилі визначає її характеристики, які потім можна визначити в іншій точці простору, яку досягає ця хвиля. Це означає, що якщо задати хвилі якісь параметри (наприклад, зашифрувавши якийсь сигнал за допомогою математичної функції), то ці параметри залишаться незмінними, а отже сигнал може бути отриманий в іншій точці простору в незмінному вигляді.

На третій стадії дослідження вчені спробували створити теоретичний спосіб кодування інформаційного сигналу з урахуванням плоскої неметрічності гравітаційної хвилі.

Дослідники дійшли висновку, що з чотирьох вимірювань, в яких існує хвиля (три просторових і один часовий), три можуть бути використані для кодування сигналу за допомогою однієї функції, а в четвертому вимірі — за допомогою двох функцій.

За словами Ніни Маркової, кандидата математичних наук Математичного інституту ім. Нікольського в Москві, яка брала участь в дослідженні, це доводить, що гравітаційні хвилі здатні передавати дані, «оскільки їх опис містить довільні функції відкладеного часу, який можна зашифрувати в джерело таких хвиль».

Що це означає?

Фактично, російські вчені довели, що гравітаційні хвилі залишаються незмінними в міру свого поширення і є гіпотетична можливість зашифрувати в них якусь інформацію, подібно до того, як ми вже більше ста років використовуємо електромагнітні сигнали, вважає Метт Вільямс, оглядач порталу Universe Today.

Безумовно, поки що не ясно, яким чином можна зробити це на практиці. Яким має бути пристрій, здатний взаємодіяти з гравітаційною хвилею на етапі її формування. Або тим більше пристрій, здатний сформувати гравітаційну хвилю.

Однак, у віддаленій перспективі, гравітаційно-хвильовий зв'язок може виявитися найважливішим елементом в освоєнні далекого космосу.

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X