重力記憶効果
予測された物理現象
重力波は慣性質量面（自由落下）に垂直に伝播するため、重力波のひずみに比例した量だけ変位します。重力波が通過した後、質量は重力記憶効果により永久的に変位します

重力記憶効果（重力波記憶効果とも呼ばれる）は、重力波（GW）の通過によって宇宙空間における質量対の相対位置が永続的に変化することが予測される現象である。重力記憶効果の検出は、一般相対性理論の検証方法として提案されている。[1]

アインシュタインの方程式の線形近似[2]は、1974年にソ連の科学者ヤコフ・ゼルドヴィッチとAG・ポルナレフによって初めて提案されました。[3] [4] ウラジミール・ブラギンスキー[5]とLP・グリシュチュク[6]はその後1985年にこれをメモリ効果と呼びました。 [7]非線形メモリ効果は1990年代にデメトリオス・クリストドゥロウによって初めて提案されました。[8]

2014年、アンドリュー・ストロミンガーとアレクサンダー・ジボエドフは、メモリ効果に関連する式がスティーブン・ワインバーグのソフト重力子定理の時間におけるフーリエ変換であることを示した。[9]一般に、メモリ効果は、赤外線三角形を通るボンディ・メッツナー・サックス群で予想されるように、重力場の漸近的挙動に関連している。 [3] [10]ヌル無限大では、通過する重力波は時空に永久的な歪みを残し、[11]物体間の距離を変え、観測者をシフトさせる。当初座標系の原点で一致していた観測者も、波が通過した後は一致しない可能性がある。これにより、重力波が運ぶ角運動量を定義する際に曖昧さ、つまり超平行移動が生じる。[12]

重力スピンメモリは、角運動量を運ぶ重力スピンが、閉ループを反対方向に周回する光の移動時間に重力メモリ効果を残すことによって引き起こされるメモリ効果として提案されている。[13] [14]このメモリ効果の提案は、ストロミンガー、ジボエドフ、そしてストロミンガーの大学院生の一人であるサブリナ・パステルスキによって2016年に発表された。 [15]

メモリ効果は、 LIGOなどの地上干渉計で検出される振動信号よりも弱い。提案されているアプローチとしては、多数のイベントを統計的に積み重ねることや、 LISAなどの低周波宇宙検出器を用いることが挙げられる。[14] [11]重力崩壊型超新星は、爆発が非対称となる可能性があるため、強いメモリ効果を生み出す可能性がある。このような信号は、提案されている月面設置型検出器で検出できる可能性がある。また、銀河系内の超新星のような比較的近い超新星からのランプアップ信号は、地震ノイズフィルタリングによって地球上で検出できる可能性がある。[16]

参考文献

  1. ^ サッター、ポール・M.「重力波の『記憶』はアインシュタインの誤りを証明できるか？」サイエンティフィック・アメリカン。2025年12月18日閲覧
  2. ^ Zel'dovich, Ya B.; Polnarev, AG (1974). 「超高密度星団による重力波の放射」.ソビエト天文学. 18 : 17. ISSN  0038-5301.
  3. ^ Ab Beall, Abigail (2023年8月2日). 「時空は記憶するのか？重力記憶の探究」. New Scientist . 2025年12月8日閲覧。
  4. ^ マコーミック、ケイティ（2021年12月8日）「重力波は時空を永久に歪めるはず」Quanta Magazine . 2025年12月7日閲覧。
  5. ^ ゴロデツキー、マイケル L.;レビン、ユーリ。ピント、イノチェンツォ M.ヴィャチャニン、セルゲイ P. (2018)。「社説 – ウラジーミル・ボリソヴィッチ・ブラギンスキーを追悼」。物理学の文字 A。382 (33): 2157–2164。土井:10.1016/j.physleta.2018.05.025。
  6. ^ ブラギンスキー、ウラジーミル・B;カルダシェフ、ニコライS;コンベルグ、ボリス 5 世。クルト、ウラジミール G;ノヴィコフ、イゴール・D;ポルナレフ、AG;ポストノフ、コンスタンチンA;ルバコフ、ヴァレリーA;ルデンコ、バレンティン N;キップ・S・ソーン;チェレパシチュク、アナトリー M;シャクラ、NI (2012-11-30)。「レオニード・ペトロヴィッチ・グリシュチュクを偲んで」。物理学 - ウスペキ。55 (11): 1163–1165。土井:10.3367/UFNe.0182.201211n.1247。ISSN  1063-7869。
  7. ^ ブラギンスキー、バージニア州;グリシュチャク、LP (1985)。 「自由質量重力アンテナにおける運動学的共鳴と記憶効果」。ジュルナル・エクスペリメンタルノイ・イ・テオレティチェスコイ・フィジキ。89 : 744–750。ISSN 0044-4510  。​
  8. ^ Christodoulou, Demetrios (1991-09-16). 「重力の非線形性と重力波実験」 . Physical Review Letters . 67 (12): 1486– 1489. Bibcode :1991PhRvL..67.1486C. doi :10.1103/PhysRevLett.67.1486. ISSN  0031-9007. PMID  10044168.
  9. ^ Strominger, Andrew; Zhiboedov, Alexander (2014). 「重力記憶、BMSスーパートランスレーション、そしてソフト定理」. arXiv : 1411.5745 [hep-th].
  10. ^ ストロミンガー、アンドリュー (2018). 『重力とゲージ理論の赤外線構造に関する講義』 プリンストン: プリンストン大学出版局. ISBN 978-0-691-17973-5。
  11. ^ ab Choi, Charles (2016-10-12). 「重力波は時空を永久に変える可能性がある」www.pbs.org . 2025年12月18日閲覧
  12. ^ Nadis, Steve (2022年7月13日). 「アインシュタインが曖昧にしていた質量と角運動量が定義される」Quanta Magazine . 2025年12月18日閲覧。
  13. ^ マコーミック、ケイティ（2021年12月8日）「重力波は時空を永久に歪めるはず」Quanta Magazine . 2025年12月7日閲覧。
  14. ^ ab クリストファー・ポラック、マット・オダウド（2024年11月14日）「時空は記憶できるか？」（ビデオ）. Space Time . PBS.
  15. ^ Pasterski, Sabrina; Strominger, Andrew; Zhiboedov, Alexander (2016年12月14日). 「新たな重力記憶」. Journal of High Energy Physics . 2016 (12): 53. arXiv : 1502.06120 . Bibcode :2016JHEP...12..053P. doi :10.1007/JHEP12(2016)053. S2CID  256045385.
  16. ^ 「時空のしわが爆発する星の秘密を記憶している可能性」Physics World 2025年1月20日2025年12月18日閲覧。
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