Тысячу лет назад викинги брали в море исландский шпат. Полупрозрачный кристалл расщеплял свет на два луча. По их яркости даже в туман можно было найти солнце. Двоякопреломление — физический термин для этого явления — теперь помогает охотиться за самой неуловимой силой космоса.
Сто лет спустя после Эйнштейна рябь пространства-времени, гравитационные волны открыла новое окно. Лазерные антенны LIGO и Virgo ловят дрожь от слияний чёрных дыр и нейтронных звёзд в тесных парах. Одинаковый бег для левых и правых поляризаций — вот что предсказывает стандартная теория. Но астрофизические загадки намекают на большее. Ещё в 1933 году Фриц Цвикки заметил скрытую массу в скоплениях галактик. Позже Вера Рубин подтвердила это для отдельных галактик. А в 1998-м Адам Рисс с коллегами открыл ускоренное расширение Вселенной, приписываемое тёмной энергии. Данные реликтового излучения и распределения галактик указывают на глобальную асимметрию — возможно, левое и правое в космосе неравноправны.
Модифицированная гравитация предлагает выход. Одна из теорий — f(R)-гравитация с добавкой Черна–Саймонса. К эйнштейновскому действию прибавляют функцию от кривизны R и член, нарушающий чётность. Он превращает пространство-время в гигантский исландский шпат: левые и правые гравитационные волны чувствуют космос по-разному. Авторы рассчитали эффект в двух формулировках: метрической и палатиниевской. В последней метрика и связность независимы, как ноты и инструмент. Здесь возникает двойное лучепреломление: меняется и амплитуда, и скорость. Уравнение похоже на затухающий маятник, только трение и частота зависят от поляризации. Формально: h''_{L,R} + $Ξ_{L,R}$ h'_{L,R} + ω²_{L,R} $h_{L,R}$ = 0, где индексы L и R отвечают левой и правой волнам.
Сравнение трёх моделей f(R) с космологическими данными дало осязаемые цифры. В палатиниевском формализме двоякопреломление усиливается на единицы–десятки процентов, в метрическом — вплоть до удвоения. Уже сейчас наблюдения чертят границы дозволенного. По скорости волн от слияния двух нейтронных звёзд — события GW170817 — параметр связи ограничен на уровне 10⁻⁷. Это как измерить расстояние Земля–Луна с погрешностью в толщину волоса. Фазовые искажения в каталоге GWTC-3 зажимают его ещё жёстче: 10⁻¹⁴. Эффект растёт с красным смещением не линейно, а полиномиально. На космических далях, где правит тёмная энергия, сигнал становится заметнее. Гравитационные обсерватории нового поколения — LISA, Einstein Telescope — будут слушать Вселенную на таких глубинах.
Древний «солнечный камень» обретает вторую жизнь. Через поляризационные искажения физики надеются заглянуть в природу тёмной энергии и проверить, равнодушен ли космос к различию правого и левого. Если детекторы уловят двоякопреломление, это станет прорывом. Не меньшим, чем открытие ускоренного расширения. А пока кристалл пространства-времени таит секреты. Ждёт следующего наблюдателя.
Исландский шпат, он же «солнечный камень» викингов, расщепляет свет на два луча с разной поляризацией. Физический аналог этого эффекта в космологии — двоякопреломление гравитационных волн — может помочь «увидеть» тёмную энергию.