
Ученый из США придумал эксперимент, с помощью которого можно
будет подвергнуть проверке общую теорию относительности в так называемом «пределе
сильного поля», то есть в случае сильных гравитационных полей. Эксперимент
основан на гравитационном аналоге эффекта Фарадея — вращении плоскости поляризации
света, вызванном кривизной пространства-времени вблизи массивных объектов. Работа
опубликована в журнале Scientific Reports, кратко о ней сообщает сайт Университета Флориды. 
Теории относительности Эйнштейна — как специальная (СТО),
так и общая (ОТО) — уже имеют достаточно доказательств и приняты научным сообществом. Первым примером применения ОТО было объяснение отклонения
орбиты Меркурия, в дальнейшем удалось наблюдать такие предсказанные явления как
гравитационное красное смещение, эффект Шапиро (замедление времени), принцип
эквивалентности сил гравитации и инерции, а также гравитационное линзирование.
Но все эти доказательства относились к «пределу слабого поля», то есть к относительно
слабым гравитационным полям. Эксперименты,
которые бы позволили выяснить пределы применимости ОТО в случае сильных
гравитационных полей, очень сложно было реализовать при существующем уровне
развития технологий. Но теперь исследователю из университета Флориды удалось
придумать такой эксперимент.
Эксперимент основан
на гравитационном аналоге эффекта Фарадея. В классическом варианте эффекта Фарадея рассматривается
вращение плоскости поляризации света (поляризация — явление направленного
колебания векторов, отвечающих за электрическую и магнитную составляющие световой
волны) при воздействии на него сильного магнитного поля. Наиболее сильно он
проявляется при прохождения света через ферромагнетики, в вакууме же для
наблюдения эффекта необходимы поля индукцией в десятки миллионов тесла. 
Но подобное поведение света возможно и за счет гравитации, и
чем больше масса объекта, тем сильней он будет проявляться. Общая теория
относительности не только связывает время и пространство в так называемый «четырехмерный
пространственно-временной континуум», как в СТО, но и наделяет особым статусом
гравитацию, «разрешая» ей искажать пространство-время расположенными в нем массивными
объектами. Из-за этого искажения направление движения света претерпевает
изменения вблизи, например, звезд или черных дыр — это основа эффекта гравитационного
линзирования. Если массивный объект при этом еще и вращается, искажения
пространства-времени заставляют луч света не только отклоняться, но еще и
изменять некоторые свои характеристики, а именно угол поляризации. 
Теоретически эффект был предсказан еще в середине прошлого
века, но эксперимента, который позволил бы при существующих технологиях его
измерить, невозможно было создать. Во-первых, это обусловлено тем, что области
вокруг черных дыр, в которых создается достаточно сильное вращение
поляризации света, сравнительно малы для разрешающей способности телескопов. Во-вторых,
сами поляриметры не позволяли детектировать малые углы, например, в несколько градусов.
В настоящее время возможности телескопов позволяют рассмотреть эффекты микролинзирования
квазаров на расстояниях в 10 гравитационных радиусов
от центральной черной дыры. Автор работы считает, что эти масштабы достаточны и
для наблюдения гравитационного эффекта Фарадея.
В модели опыта рассматривается прохождение рентгеновского света
от далекого квазара вблизи вращающейся черной дыры (ее еще называют Керровской,
в честь ученого, который теоретически описал некоторые проявляемые такими
объектами эффекты). При этом процент поляризованного света будет определяться
гравитационным отклонением и эффектами аберрации, а изменение угла поляризации —
гравитационным эффектом Фарадея. Наблюдая за тем, как изменяется степень и угол
поляризации при прохождении квазара за черной дырой, то есть в зависимости от
взаимного расположения источника, «линзы» и наблюдателя, можно будет сравнить полученные результаты с
теоретическими, которые предсказывает общая теория относительности и
подвергнуть ее очередной проверке. 
Согласно расчетам автора, результат измерения должен зависеть от скорости вращения и массы черной дыры, а также угла наклона источника. Однако существует много других параметров, которые еще только предстоит учесть в
расчетах — среднее распределение массы объектов помимо линзы (звезд, планет) на
пути движения света, их геометрических размеров, угла наклона источника (квазара)
и так далее. Но несмотря на теоретически сложное описание, по крайней мере экспериментальная реализация такого эксперимента возможна уже в настоящее время. 
Недавно астрономам удалось пронаблюдать линзирование рентгеновского излучения квазаров. Ранее, в 1976 году другая группа ученых успешно измерила поляризацию рентгеновских лучей в Крабовидной туманности. Однако, последний эксперимент потребовал работы отдельного спутника, OSO-8. Для того, чтобы провести эксперимент, предложенный автором, потребуется объединить несколько используемых методик и приборов, чтобы одновременно пронаблюдать за изменением как степени, так и угла поляризации света, а также эффекты линзирования при прохождении квазара позади черной дыры. 
Екатерина Митрофанова
