Вселенная — это бескрайнее пространство, охватывающее всё существующее: от мельчайших частиц до огромных галактик и звёздных систем. Её возраст оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, начиная с момента Большого взрыва. На протяжении всего этого времени Вселенная расширялась и эволюционировала, формируя сложные структуры, такие как звёзды, планеты и туманности.
") со скоростью света. Именно такие возмущения регистрируют современные обсерватории, наблюдая слияния черных дыр и нейтронных звезд. Однако новая теоретическая работа предлагает гораздо более необычную возможность: при определенных условиях гравитационное возмущение может не улетать от источника, а оставаться локализованным в ограниченной области [пространства](https://hanga.su/glossary/extent "Пространство — одно из базовых понятий в математике, физике и философии, обозначающее упорядоченное множество элементов (точек, событий, состояний), для которого определены некоторые структуры или отношения.
"). Идея возникла благодаря явлению, хорошо известному в современной фотонике, — связанным состояниям в континууме, или BIC. Сам термин появился еще в [квантовой](https://hanga.su/glossary/quant "Слово «квантовый» происходит от латинского слова *quantum*, означающего «сколько» или «определённая порция». В научном контексте термин «квантовый» используется для описания явлений, происходящих на уровне атомов и элементарных частиц, где классическая физика перестаёт быть применимой. Квантовый мир подчиняется законам квантовой механики — фундаментальной теории, объясняющей поведение материи и энергии в малых масштабах.
") механике почти сто лет назад. Его суть кажется парадоксальной: волновое состояние обладает энергией, при которой оно в принципе должно свободно распространяться, но по определенной причине остается запертым в [пространстве](https://hanga.su/glossary/extent "Пространство — одно из базовых понятий в математике, физике и философии, обозначающее упорядоченное множество элементов (точек, событий, состояний), для которого определены некоторые структуры или отношения.
"). Обычно локализованное состояние можно представить как частицу, находящуюся в потенциальной яме. Ее [энергия](https://hanga.su/glossary/energy "Энергия — одно из ключевых понятий физики и фундаментальная характеристика материи. Она выражает способность системы совершать работу, создавать движение или вызывать изменения в окружающем мире. Энергия существует в различных формах — механической, тепловой, электрической, химической, ядерной и других — и может переходить из одной формы в другую, но никогда не исчезает, что отражает закон сохранения энергии.
") недостаточна для выхода наружу, поэтому она остается связанной. У BIC ситуация иная: энергия находится в диапазоне свободно распространяющихся состояний, однако волна все равно не покидает определенную область. Позднее оказалось, что подобные эффекты существуют далеко за пределами квантовой механики. Связанные состояния в континууме исследовали для акустических волн, колебаний воды, упругих волн в твердых телах и особенно активно — для электромагнитного излучения в фотонных структурах. В оптике BIC стали важным инструментом потому, что позволяют чрезвычайно долго удерживать электромагнитную энергию внутри небольшой области. В идеальной системе такое состояние практически не взаимодействует с внешними распространяющимися волнами. Если же [симметрию](https://hanga.su/glossary/symmetry "Симметрия — это фундаментальное свойство объекта или системы оставаться неизменным при определённых преобразованиях, таких как отражение, поворот или перенос. В науке симметрия рассматривается как универсальный принцип, лежащий в основе законов физики, структуры материи, биологических форм и эстетики.
") немного нарушить, возникает так называемое квази-BIC: энергия начинает медленно утекать наружу, но поле внутри структуры остается сильно усиленным. Физик Родриго Берте задался вопросом: если подобные состояния возможны для столь разных типов волн, почему аналогичный механизм не может существовать для колебаний самого пространства-времени? Гравитационные волны описываются общей теорией относительности Эйнштейна. В слабом поле их можно рассматривать как небольшие возмущения метрики пространства-времени. Такая приближенная картина во многом напоминает обычную теорию волн, хотя физическая [природа](https://hanga.su/glossary/nature "Природа — это удивительная совокупность экосистем, живых организмов и природных явлений, которые формируют наш мир. Каждый элемент природы, от мельчайших микробов до величественных гор и океанов, играет важную роль в поддержании жизни на планете.
") здесь принципиально другая: колеблется не [вещество](https://hanga.su/glossary/substance "Вещество — это форма материи, обладающая массой и занимающая пространство. Оно состоит из атомов, молекул или элементарных частиц, взаимодействующих между собой посредством фундаментальных сил. Основные состояния вещества включают твёрдое, жидкое, газообразное и плазму, однако современная физика дополнительно выделяет экзотические формы, такие как конденсат Бозе–Эйнштейна, кварк-глюонная плазма и сверхтекучие фазы.
") и не электромагнитное поле, а геометрия пространства и времени. В новой работе рассматривается один из наиболее понятных механизмов появления BIC — защита симметрией. В фотонике этот эффект можно представить на примере двух одинаковых источников излучения, ориентированных противоположным образом. Их поля способны интерферировать так, что наружу излучение практически не выходит. Причина заключается в несовместимости симметрий локализованной моды и свободно распространяющейся волны. Если преобразование пространства меняет одну волну определенным образом, а другую — противоположным, взаимодействие между ними может быть запрещено. В результате энергия остается локализованной, несмотря на наличие доступных распространяющихся состояний. Автор работы попытался перенести эту идею на гравитационные возмущения. Обычная гравитационная волна обладает характерной квадрупольной структурой: проходя через [пространство](https://hanga.su/glossary/extent "Пространство — одно из базовых понятий в математике, физике и философии, обозначающее упорядоченное множество элементов (точек, событий, состояний), для которого определены некоторые структуры или отношения.
"), она растягивает его в одном направлении и одновременно сжимает в перпендикулярном. При определенных преобразованиях такая волна сохраняет свою симметрию. Поэтому для создания защищенного связанного состояния необходимо построить другое пространственно-временное возмущение, [симметрия](https://hanga.su/glossary/symmetry "Симметрия — это фундаментальное свойство объекта или системы оставаться неизменным при определённых преобразованиях, таких как отражение, поворот или перенос. В науке симметрия рассматривается как универсальный принцип, лежащий в основе законов физики, структуры материи, биологических форм и эстетики.
") которого не совпадает с симметрией свободной гравитационной волны. В предложенной модели рассматривается периодическая структура возмущений метрики, локализованных около некоторой плоскости. Их амплитуда уменьшается при удалении от этой области, подобно тому как электромагнитные поля фотонных BIC затухают вне наноструктуры. Далее исследователь проверил, могут ли такие конфигурации быть совместимы с уравнениями Эйнштейна. Для упрощения использовалась линеаризованная [теория](https://hanga.su/glossary/theory "Теория – это фундаментальная часть науки, которая объясняет наблюдаемые явления и помогает предсказывать будущие события. Она создаётся на основе тщательных исследований, экспериментов и анализа данных. Теория – это больше, чем просто идея; она должна быть проверяема, объяснять существующие факты и быть способной к развитию.
") гравитации — приближение, применимое тогда, когда возмущения пространства-времени достаточно малы. Расчеты показали, что соответствующие метрические конфигурации могут существовать как решения уравнений поля при определенном соотношении параметров. В самой плоскости они требуют распределенного источника, тогда как вне нее пространство может описываться вакуумным решением. Особенно интересно, что найденные структуры обладают рядом свойств, похожих на фотонные связанные состояния. Возмущения остаются пространственно локализованными и одновременно существуют в диапазоне волновых векторов, где обычно находятся свободно распространяющиеся гравитационные волны. Дополнительный [анализ](https://hanga.su/glossary/analysis "Анализ — это один из фундаментальных инструментов науки, используемый для структурного изучения сложных систем, данных и процессов. В основе анализа лежит разложение явлений или данных на составляющие части, что позволяет лучше понять их структуру, закономерности и взаимосвязи.
") показал, что локализация сохраняется и при учете некоторых нелинейных эффектов второго порядка. Это важно, поскольку общая [теория относительности](https://hanga.su/glossary/theory-of-relativity "Специальная теория относительности (1905) описывает законы физики для объектов, движущихся с постоянной скоростью, особенно близкой к скорости света. Её ключевым положением стало утверждение, что скорость света постоянна во всех системах отсчёта. Из этого следуют удивительные эффекты: замедление времени, сокращение длин и эквивалентность массы и энергии, выраженная знаменитой формулой E=mc².
") по своей [природе](https://hanga.su/glossary/nature "Природа — это удивительная совокупность экосистем, живых организмов и природных явлений, которые формируют наш мир. Каждый элемент природы, от мельчайших микробов до величественных гор и океанов, играет важную роль в поддержании жизни на планете.
") нелинейна, а слишком сильная зависимость результата от линейного приближения сделала бы модель менее интересной. Пока речь идет исключительно о теоретической конструкции. Никаких экспериментальных доказательств существования подобных связанных гравитационных состояний нет, и неизвестно, может ли природа создавать структуры, необходимые для их возникновения. Тем не менее наибольший интерес вызывает не идеальное BIC, а его слегка нарушенная версия — квази-BIC. Именно такие состояния стали особенно полезны в фотонике. Небольшое нарушение симметрии заставляет локализованную волну слабо взаимодействовать с окружающим [пространством](https://hanga.su/glossary/extent "Пространство — одно из базовых понятий в математике, физике и философии, обозначающее упорядоченное множество элементов (точек, событий, состояний), для которого определены некоторые структуры или отношения.
"), сохраняя при этом большую часть [энергии](https://hanga.su/glossary/energy "Энергия — одно из ключевых понятий физики и фундаментальная характеристика материи. Она выражает способность системы совершать работу, создавать движение или вызывать изменения в окружающем мире. Энергия существует в различных формах — механической, тепловой, электрической, химической, ядерной и других — и может переходить из одной формы в другую, но никогда не исчезает, что отражает закон сохранения энергии.
") внутри системы. В оптических устройствах это позволяет значительно усиливать электромагнитное поле. Квази-BIC используются для создания высокодобротных резонаторов, чувствительных сенсоров и нанофотонных устройств, поскольку энергия света может концентрироваться в очень маленьком объеме. Если подобный механизм возможен для гравитационных волн, он теоретически мог бы приводить к усилению слабых пространственно-временных возмущений. Автор рассматривает возможность того, что геометрические структуры или распределения плотности с подходящей нарушенной симметрией способны поддерживать гравитационные квази-BIC. Одно из потенциальных применений связано с наблюдением двойных систем. Сейчас наземные гравитационно-волновые [детекторы](https://hanga.su/glossary/detector "Детектор — это устройство, предназначенное для обнаружения, регистрации и измерения физических явлений, которые недоступны человеческим чувствам. Он преобразует энергию частиц или волн в электрический сигнал, который затем можно проанализировать с помощью электронных систем и программного обеспечения. Детекторы используются во множестве областей науки и техники — от элементарной физики до космических исследований и медицины.
") лучше всего фиксируют финальные стадии сближения компактных объектов, когда сигнал становится достаточно сильным. Если существовал бы механизм локального усиления некоторых гравитационных возмущений, теоретически можно было бы получить дополнительный инструмент для обнаружения более ранних стадий эволюции систем. Еще одно направление касается высокочастотных гравитационных волн. Современные интерферометры вроде LIGO работают в ограниченном диапазоне частот и не предназначены для регистрации чрезвычайно быстрых колебаний пространства-времени. Между тем различные модели ранней Вселенной и экзотической физики допускают существование высокочастотных гравитационных сигналов. Локализованные или резонансно усиленные состояния могли бы дать новый подход к их поиску. Однако между математической возможностью и практическим прибором лежит огромная дистанция: пока неизвестно ни то, какие реальные системы способны поддерживать такие конфигурации, ни то, насколько сильными могут быть возникающие эффекты. Еще более фундаментальный интерес связан с квантовой физикой. В современной теории остается открытым вопрос о том, каким образом гравитация взаимодействует с квантовыми состояниями и может ли сама гравитация обладать квантовыми свойствами. Известно, что в определенных условиях электромагнитные и гравитационные волны теоретически способны переходить друг в друга в присутствии сильных магнитных полей. Такие процессы чрезвычайно слабы, но имеют фундаментальное значение для поисков связи между квантовой теорией и гравитацией. В фотонике квази-BIC помогают усиливать взаимодействие между различными волновыми состояниями. Поэтому возникает интригующая возможность: если научиться локализовать гравитационные возмущения аналогичным образом, это могло бы увеличить [время](https://hanga.su/glossary/time "Время — это фундаментальная физическая величина, описывающая последовательность событий и меру их длительности. В научной картине мира время рассматривается не как абстрактная категория, а как измеримый параметр, связывающий процессы и определяющий порядок их развития. В классической механике время протекает равномерно и независимо от наблюдателя, однако теория относительности существенно расширила эти представления: скорость движения и гравитация способны изменять течение времени, что подтверждено экспериментально.
") их взаимодействия с квантовыми системами и позволить искать чрезвычайно слабые эффекты. Пока подобные перспективы остаются гипотетическими. Новая работа не утверждает, что создан гравитационный резонатор или найден способ удерживать реальные гравитационные волны. Она демонстрирует более фундаментальный результат: математические принципы, давно используемые в фотонике, могут иметь аналоги в общей [теории относительности](https://hanga.su/glossary/theory-of-relativity "Специальная теория относительности (1905) описывает законы физики для объектов, движущихся с постоянной скоростью, особенно близкой к скорости света. Её ключевым положением стало утверждение, что скорость света постоянна во всех системах отсчёта. Из этого следуют удивительные эффекты: замедление времени, сокращение длин и эквивалентность массы и энергии, выраженная знаменитой формулой E=mc².
"). Это интересно еще и с методологической точки зрения. Современная физика все чаще переносит идеи между разными дисциплинами. Концепции, разработанные для оптических наноструктур, могут неожиданно оказаться полезными при описании пространства-времени, а методы квантовой механики — для классических волн. Если дальнейшие исследования подтвердят существование устойчивых гравитационных квази-BIC и найдут реалистичные условия их формирования, появится совершенно новый класс явлений. Такие состояния могли бы стать инструментом для изучения гравитационных волн, экстремальных астрофизических процессов и, возможно, самой природы пространства-времени. **Ссылка:** «Связанные состояния в континууме гравитационных волн» [ DOI: 10.1088/1402-4896/ae92db.](https://dx.doi.org/10.1088/1402-4896/ae92db "DOI: 10.1088/1402-4896/ae92db") - [ Инновации ](https://hanga.su/innovations) - [ Космос ](https://hanga.su/space) - [ Физика ](https://hanga.su/physics) - [ Квантовые технологии ](https://hanga.su/quantum-technologies) - [ Астрофизика ](https://hanga.su/astrophysics) - Понравилось: 24 - Похожие материалы: [Гравитационные волны и связь будущего: возможно ли создание межзвездных коммуникаций?](https://hanga.su/635,2025) | [Гравитационные волны и столкновения чёрных дыр: новый подход меняет правила игры в астрофизике](https://hanga.su/1067,2025) | [Гравитационные волны как архитектор Вселенной | Новая теория о раннем космосе](https://hanga.su/1154,2025) | [Гравитационные волны могут раскрыть тайну темной материи вокруг черных дыр](https://hanga.su/1813,2026) | [Гравитационные волны от самого массивного слияния чёрных дыр: LIGO-Virgo-KAGRA переписывает границы космической физики](https://hanga.su/1024,2025) | [Гравитационные волны раскрыли существование нескольких поколений черных дыр](https://hanga.su/2232,2026) Загрузка следующей статьи...