11 февраля 2016 года ученые Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) вошли в историю, когда объявили о первом обнаружении гравитационных волн. Первоначально предсказанные теорией общей теории относительности Эйнштейна за столетие до этого, эти волны, по сути, представляют собой пульсации в пространстве-времени, которые формируются крупными астрономическими событиями, такими как слияние пары бинарных черных дыр.
Это открытие не только открыло новую захватывающую область исследований, но и открыло двери для многих интересных возможностей. Одна из таких возможностей, согласно новому исследованию группы российских ученых, заключается в том, что гравитационные волны могут быть использованы для передачи информации. Подобно тому, как электромагнитные волны используются для связи через антенны и спутники, будущее коммуникаций может быть основано на гравитации.
Исследование, которое недавно появилось в научном журнале Классическая и Квантовая ГравитацияВозглавляла Ольга Бабурова, профессор Московского педагогического государственного университета (МГПУ), в нее входили члены Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) и Российского университета дружбы народов (РУДН).
Ради своего исследования команда провела трехэтапное исследование, чтобы определить, можно ли кодировать GW и использовать для передачи информации. На первом этапе они проанализировали свойства GW в обобщенном аффинно-метрическом пространстве (трехмерная алгебраическая конструкция, которая не зависит от векторов или точек происхождения). Это похоже на то, как свойства электромагнитных волн (и общая теория относительности) оцениваются с использованием четырехмерного многообразия, известного как пространство-время Миновского.
Это позволило команде перейти от их математической интерпретации GW к их описанию в реальном пространстве. На втором этапе исследователи пытались определить, будут ли изменяться различные функции времени в процессе распространения волны. Они обнаружили, что характеристики волны могут быть установлены в источнике, а затем декодированы без изменений во втором источнике.
На третьем этапе исследователи проверяли, можно ли использовать их неметрическую структуру гравитационных волн для кодирования информационного сигнала. Исходя из этого, они определили, что из четырех измерений волны (три пространственных измерения и одно временное измерение) три могут быть использованы для кодирования информационного сигнала с использованием только одной функции, а четвертое может быть закодировано с использованием двух функций.
Нина Васильевна Маркова - доцент кафедры С.М. Никольский математический институт, сотрудник РУДН и соавтор исследования, резюмировал в недавнем пресс-релизе РУДН:
«Мы обнаружили, что волны неметричности способны передавать данные аналогично недавно обнаруженным волнам кривизны, потому что их описание содержит произвольные функции запаздывающего времени, которые могут быть закодированы в источнике таких волн (в идеальной аналогии с электромагнитными волнами)».
В целом, команда продемонстрировала, что на основе их математического представления есть функции с гравитационными волнами, которые остаются неизменными в процессе распределения волн. Это означает, что можно было кодировать информацию в этих волнах так же, как мы использовали электромагнитные волны для передачи закодированной информации по радиосигналам на протяжении более столетия.
Поэтому, если ученые смогут разработать метод включения информации в источник гравитационных волн, они смогут передать ее в любую точку пространства без изменений. Это имело бы огромное значение для связи в космосе, где спутники и будущие космические станции могли передавать информацию, используя радио-, оптические и / или гравитационно-волновые сигналы.
Еще одна захватывающая возможность для будущего освоения космоса. И все это стало возможным благодаря области научных исследований, которая выросла в геометрической прогрессии всего за несколько лет.
