Бросьте камень в пруд — и по воде побегут круги. Когда камень тонет, волны расходятся и постепенно затихают. Но если заглянуть в самую суть пространства-времени, окажется, что оно работает не совсем так. Пролетающая мимо звезда или даже крошечная частица оставляют после себя не просто рябь, а постоянное смещение — как если бы после прохода лодки уровень воды в одном месте навсегда чуть-чуть изменился. Это явление называют гравитационной памятью.
Долгое время считалось, что уловить можно только первый, самый сильный толчок — так называемую линейную память. Но авторы новой работы, опираясь на идеи физиков Стивена Хокинга и Роджера Пенроуза о структуре пространства-времени, показали, как вытащить из сигнала и более тонкие, нелинейные вклады. Для этого они применили технику «одевания» — мысленно окружили каждую частицу облаком мягких квантов поля, словно надели на неё перчатку, которая гасит лишние помехи. Такое одевание оказалось единственным способом согласовать математику с тем, что реально можно измерить.
Самый интригующий результат касается того, как эти отпечатки накладываются друг на друга. Если мимо пролетает не одно тело, а несколько, их гравитационные памяти не просто складываются — они взаимодействуют, порождая волны более высокого порядка. Представьте, что вы несколько раз проводите пальцем по одному и тому же месту на запотевшем стекле. Первый след самый чёткий, но каждый следующий добавляет новые разводы, и в итоге картина становится сложнее. Физики научились рассчитывать эту слоистую структуру, используя так называемые инклюзивные вычисления, которые учитывают все возможные исходы сразу — и предсказывают, что именно зарегистрирует прибор.
Такой подход не просто наводит порядок в уравнениях. Он даёт конкретный рецепт для будущих наблюдений: как настроить детектор, чтобы он увидел не только грубый толчок, но и тихие отзвуки давно умчавшихся звёзд.
Эффект гравитационной памяти настолько слаб, что даже после слияния двух чёрных дыр смещение зеркал в детекторе LIGO составило бы примерно одну тысячную диаметра протона.
В романе «Память» Лоис Макмастер Буджолд главный герой заново переживает чужие воспоминания — почти как детектор, считывающий гравитационные отпечатки давно минувших космических катастроф.