В Институте математики и механики им.Н.И.Лобачевского Казанского федерального университета завершились научный семинар «Нелинейные модели в механике, статистике, теории поля и космологии – «GRACOS-18», научная  школа «KAZCAS-18» и научно-практическая конференция «ИТОН-2018».

На семинаре с пленарным докладом «Нелинейные модели в механике, статистике, теории поля и космологии» выступил Сергей Червон – заведующий  лабораторией «Гравитация, космология, астрофизика», профессор  Ульяновского государственного педагогического университета, ведущий научный сотрудник НИЛ «Аксионная электродинамика» приоритетного направления (САЕ) «Астровызов» КФУ.  В  2018 году Сергей Викторович, который является выпускником Казанского университета, почетным профессором-исследователем Университета КваЗулу-Натал  (г.Дурбан, ЮАР) был назначен на должность главного редактора авторитетного российского научного журнала «Пространство, время и фундаментальные взаимодействия».

После своего выступления на конференции в КФУ ученый рассказал, какое значение для современной космологии имеют альтернативные модифицированные теории гравитации и как  они могут способствовать созданию новых методов обнаружения гравитационных волн.

«В  конце XX века было обнаружено экспериментально, что Вселенная расширяется с ускорением. Нужно было объяснить это ускоренное расширение Вселенной, которое не могла объяснить теория гравитации Эйнштейна. В это время  возникло много новых обобщенных (модифицированных) теорий гравитации, – рассказывает Сергей Червон. – Самая популярная на сегодняшний день –  F(R) теория гравитации, в ней скалярная кривизна, которая есть в действии гравитации Эйнштейна, заменена на некую функцию от этой скалярной кривизны. Также к важным модифицированным теориям гравитации относится скалярно-тензорная, развитием которой мы с коллегами занимаемся. 

Надо сказать, что все модифицированные теории гравитации не идеальны. Например, одни хорошо объясняют эффект ускоренного расширения, но астрофизические объекты, например звезды, в них почему-то оказываются неустойчивыми образованиями… Но мы-то по наблюдениям знаем, что  звезды – устойчивые образования, значит, что-то не так с самой  теорией…»

Представленный космологом на семинаре «GRACOS-18» доклад был посвящен тензорно-мульти-скалярной теории гравитации, которая подразумевает наличие сразу нескольких скалярных гравитационных полей во Вселенной. Сергею Червону с коллегами удалось подтвердить возможность ускоренного расширения Вселенной (космологической инфляции) на раннем этапе ее развития в рамках данной модифицированной теории гравитации.

«Сейчас принята  теория космологической инфляции Вселенной, которая описывается одним скалярным полем – инфлатоном. Такие  теории, как теория струн, утверждают, что должно существовать несколько скалярных полей, – отмечает ученый. –  В 1992 году было предложено обобщение скалярно-тензорной теории на тот случай если действительно существует множество скалярных полей. Наша группа занимается киральными космологическими моделями, в которых рассматривается несколько полей, взаимодействующих кинетическим образом. Такие модели подразумевают наличие внутренней симметрии».

Не только стремлением обосновать ускоренное расширение Вселенной продиктовано желание многих космологов исследовать модифицированные (неэйнштейновские) теории гравитации. Всплеск интереса к модифицированным теориям обусловлен также открытием гравитационных волн, считает Сергей Червон.

Существование гравитационных волн было предсказано Эйнштейном еще в 1915 году, но обнаружены они были только спустя 100 лет. Впервые гравитационные волны зарегистрировала 14 сентября 2015 года лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO. За создание детектора гравитационных волн и экспериментальное доказательство их существования Нобелевскую премию по физике за 2017 год получили трое американских физиков: Райнер Вайс, Кип Торн и Барри Бэрриш.

Гравитационными волнами называются колебания пространства-времени, которые возникают в результате столкновения очень массивных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды.

«Дело в том, что если мы описываем слияние черных дыр разными теориями, то у нас различаются предсказания о том, какие частоты имеют гравитационные волны. Было бы очень важно обнаружить высокочастотные гравитационные волны, исследование которых более доступно и не требует строительства таких дорогостоящих  гравитационно-волновых обсерваторий, как LIGO или VIRGO. О теоретическом обосновании существования высокочастотных  гравитационных волн шла речь, например, в докладе на семинаре "GRACOS – 2018" профессора МГУ Дмитрия Гальцова».

Сергей Викторович уверен, что если удастся доказать существование высокочастотных гравитационных волн, то их детектированием смогут заниматься при помощи специального оборудования на лабораторных занятиях студенты университетов, поскольку для этого не потребуется строить очень дорогостоящие гравитационно-волновые обсерватории.

На вопрос, что необходимо, чтобы Казанский федеральный университет принял участие в поиске высокочастотных гравитационных волн, космолог ответил следующее:

«В рамках приоритетного направления КФУ «Астровызов» работают высококлассные специалисты, как  по модифицированным теориям гравитации (профессор Института физики КФУ Сергей Сушков создал новую теорию гравитации с кинетическим взаимодействием со скалярным полем), так и по гравитационным волнам (профессор Института физики КФУ Александр Балакин является одним из ведущих специалистов в мире по теоретическому исследованию гравитационных волн). В такой команде мы готовы провести теоретические расчеты, связанные с поиском высокочастотных гравитационных волн. Прежде чем ставить эксперимент, нужно определить узкий диапазон, в котором возможно найти наиболее интенсивные гравитационные волны. После этого потребуются детекторы, адаптированные  под этот диапазон. И тогда вполне возможно, что студенты КФУ будут заниматься детектированием гравитационных волн на лабораторных занятиях!»