Фізик-теоретик пропонує експеримент для керування гравітаційними хвилями світлом

Професор Ральф Шуцхольд, фахівець із теоретичної фізики з Гельмгольц-Центру Дрезден-Россендорф (HZDR), висунув концепцію експериментального дослідження, спрямовану на активну модуляцію гравітаційних хвиль через їхню взаємодію з електромагнітним випромінюванням, зокрема світлом. Фундаментальною основою цієї ідеї є універсальний принцип, згідно з яким гравітація впливає на всі форми енергії, включно з фотонами.

Центральним елементом задуму Шуцхольда є гіпотетичний процес передачі мінімальних порцій енергії, аналогічних гравітонам, між світловою хвилею та гравітаційною хвилею, що проходить повз. Цей обмін енергією, детально описаний у науковій публікації 2025 року в «Physical Review Letters», повинен спричинити незначне збільшення інтенсивності гравітаційної хвилі. Водночас це явище призведе до надзвичайно малої, але вимірної зміни частоти світлової хвилі. Професор Шуцхольд, який станом на 2025 рік обіймає посаду Директора Інституту теоретичної фізики в HZDR, наголошує, що для фіксації цього мікроскопічного зсуву необхідні значні експериментальні зусилля та колосальні просторові масштаби.

Для реалізації вимірювання запропонована експериментальна установка вимагатиме багаторазового відбиття лазерних імпульсів до мільйона разів між дзеркалами у системі довжиною близько кілометра, що забезпечить сумарну оптичну довжину шляху приблизно в один мільйон кілометрів. Отримані зсуви частоти мають бути зафіксовані за допомогою ретельно спроєктованого інтерферометра. Така конфігурація має структурну схожість із сучасними детекторами гравітаційних хвиль, як-от LIGO, який експлуатується Калтехом та Массачусетським технологічним інститутом (MIT) за фінансуванням Національного наукового фонду. Обсерваторія LIGO нещодавно завершила свій четвертий цикл спостережень (O4) 18 листопада 2025 року і перейшла до етапу модернізації.

Професор Шуцхольд також припустив, що використання заплутаних фотонів може суттєво підвищити чутливість інтерферометра. Таке підвищення чутливості потенційно дозволить дослідникам отримати інформацію про квантовий стан самого гравітаційного поля. Хоча це не буде прямим доказом існування гравітона, успіх експерименту стане потужним індикатором його присутності, оскільки невдача спростує чинну теорію, засновану на гравітонах. Ця пропозиція окреслює теоретично важливий шлях для дослідження квантової природи гравітації.

Паралельні зусилля інших дослідницьких груп, зокрема вчених з Ноттінгемського університету, які використовують квантові обчислення, та фізиків зі Стокгольмського університету з концепцією «гравітофононного ефекту», підкреслюють загальну наукову зацікавленість у квантуванні гравітації. Успіх будь-якого з цих експериментів може наблизити фізиків до створення всеосяжної теорії, яка об'єднає загальну теорію відносності Ейнштейна з квантовою механікою.