Oscilují gravitační vlny? Kredit: R. Hurt at Caltech-JPL.

Gravitační astronomové už mají k dispozici pár gravitačních vln. Není jich mnoho, ale mohou prozradit leccos zajímavého. Kevin Max ze Scuola Normale Superiore di Pisa, a také INFN Pisa společně se svými kolegy analyzoval detekované gravitační vlny, přihodil k tomu trochu teorie a nakonec dospěl k závěru, že by gravitační vlny mohly oscilovat mezi dvěma formami: g typem a f typem gravitačních vln.

Podle Maxe a spol. je to podobné, jako v případě neutrin. Ta oscilují mezi třemi odlišnými formami, tedy elektronovými, mionovými a tau neutriny. Oscilace gravitačních vln vycházejí z teorie bimetrické gravitace, která je jednou z alternativ k vládnoucí teorii gravitace, čili Einsteinově obecné relativitě. Autoři výzkumu se domnívají, že bychom takové oscilace mohli detekovat v budoucích experimentech. Jejich studie se objevila v časopise Physical Review Letters.

Výzkum Maxova týmu není mainstream. Ale pokud by se ukázalo, že mají pravdu, tak by se tím leccos osvětlilo. Například by se ukázalo, že bychom 95 procent vesmíru, které nám stále scházejí, neměli hledat v nových částicích, nýbrž v teoriích poopravujících obecnou relativitu. Byla by to velká pomoc. Jak jistě každý ví, v dnešním vesmíru jakžtakž rozumíme 5 procentům hmoty a energie. Zbytek tvoří temná hmota a pak i temná energie. Fyzici tyto temné substance obvykle hledají na urychlovačích částic. Jenže zatím nic nenašli. Mohlo by to být tím, že klíčová odpověď prostě není v částicích.

INFN Pisa.

Einsteinova obecná relativita je dnes obecně přijímanou teorií gravitace, která leccos uspokojivě vysvětlí. Obecná relativita používá na popis časoprostor jednu metriku. Z obecné relativity vyplývá, že gravitační interakce mezi rozmanitými objekty zprostředkovávají doposud stále jen hypotetické částice zvané gravitony, které nemají žádnou hmotnost a pohybují se rychlostí světla.

Hlavní rozdíl mezi obecnou relativitou a bimetrickou gravitací spočívá v tom, že bimetrická gravitace, jak ostatně napovídá její jméno, vychází ze dvou metrik, čili g a f. Metrika je vlastně popis vzdálenosti mezi dvěma body v časoprostoru a v případě bimetrické gravitace jsou tyto popisy dva. Metrika typu g je fyzická metrika (physical metrics), která se vztahuje ke hmotě, zatímco metrika typu f je takzvaná sterilní metrika (sterile metrics), která se ke hmotě nevztahuje.

Oscilace neutrin. Kredit: NobelPrize.org

V bimetrické gravitaci je gravitační síla zprostředkovaná dvěma typy gravitonů, z nichž jeden má určitou hmotnost a druhý nikoliv. Tyto dva typy gravitonů se skládají z různých kombinací (či superpozicí) g a f metriky a působí na okolní hmotu mírně odlišným způsobem. Pokud bimetrická gravitace skutečně funguje, tak by důsledkem existence dvou metrik a dvou zmíněných gravitonů měly být oscilace gravitačních vln.

Badatelé předpovídají, že jedním z projevů bimetrické gravitace a oscilací gravitačních vln by měla být poněkud odlišná podoba průběhu gravitačních vln. Pokud by něco takové podpořily budoucí detektory gravitačních vln, tak by to znamenalo velkou podporu pro bimetrickou gravitaci. Nechme se překvapit.

Literatura
Phys.org 21. 9. 2017, Physical Review Letters 119: 111101.