Цікавий зв'язок виявлено між грою сонячних променів на стінках кавової чашки - і тим, як світло далеких зірок відхиляється могутніми гравітаційними силами.
Вигнута лінія сонячного світла, відображеного від внутрішньої стінки кавової чашки, утворює витончену і знайому кожному картинку з лініями, які стають яскравішими до країв і сходяться ближче до центру вигину. Якщо ви забули - погляньте на ілюстрацію зліва, а ще краще подивіться самі. Все, що потрібно для експерименту - це недопита чашка кави і вікно, з якого світить яскраве Сонце.
Вчені називають такі світячі краї ліній - «каустиками», тобто «різкими, яскравими». Каустики - це геометричне місце фокусів всіх променів, які не сходяться в одній точці, їх можна спостерігати всюди - скажімо, в басейні. Каустики зустрічаються і далеко у Всесвіті. Як показав ще радянський фізик Яків Зельдович, гравітаційні нестабільності впливають на розподіл маси в космосі: якщо спочатку воно було однорідним, то поступово маса концентрується на каустиках. Так виникає великомасштабна структура Всесвіту, що нагадує тяжкі колосальні нитки матерії (читайте про неї докладніше: «Нитки вселенської павутини»).
Каустики з'являються при гравітаційному лінзуванні - відхиленні світла від прямолінійної траєкторії під дією тяжіння великої маси. Величезні скупчення матерії відіграють тут приблизно ту ж роль, що і заломлення води на кордоні водної та повітряної середовищ на поверхні басейну. "Гравітація може виявитися настільки потужною, - пояснює професор Арлі Петтерс (Arlie Petters), що частину променів формують каустики. Це просто вражаюче - те, що ми розглянули в кавовій чашці, стало математичною теорією, яка підтвердилася і в космічних масштабах ".
Для нас, спостерігачів Землі, весь Всесвіт сьогодні представляється величезним простором-часом, де панують безперервно взаємодіючі один з одним випромінювання і сили гравітації. "Як і при будь-якому іншому освітленні, - каже Петтерс, - у вас будуть області більш освітлені, і області, освітлені слабкіше. І найяскравіші регіони Всесвіту розташовуються за кривими каустики ".
Враховувати ефекти, які викликають гравітаційні лінзи, сьогодні просто необхідно при роботі з даними, зібраними потужними телескопами. Раніше, досліджуючи це питання, Арлі Петтерс і його колеги показали, що якщо джерело випромінювання знаходиться біля кордону кривої каустики, він може бачитися, як пара близьких один до одного і однакових за яскравістю джерел: якщо «відняти» з яскравості одного яскравість другого, виходить рівно нуль.
Тепер же вчені розглянули, як у Всесвіті через гру сил гравітації з випромінюванням виникають каустики «високого порядку» - скажімо, ті, при яких джерело випромінювання бачиться, не як 2, а як цілих 4 джерела. І при будь-яких початкових параметрах яскравість видимих джерел настільки однакова, що якщо навіть один з 4-х буде дещо слабшим, інший виявиться трохи яскравішим - так що сума по всіх 4-м як і раніше залишиться нульовою.
Вчені люблять такі прості і елегантні рішення, тим більше що якщо результати теоретичних вишукування Петтерса і колег підтвердяться, це багато що скаже нам про великомасштабну структуру галактик і всього Всесвіту в цілому. Наприклад, воно допоможе виявляти темну матерію: якщо одне з «клонованих» гравітацією джерел випромінювання не вписується в загальне правило, швидше за все, на нього впливає щось невидиме - тобто, та сама темна матерія.
Звичайно, це далеко не єдиний приклад того, як разюче однаково діють фізичні закони на різних масштабах. Удари більярдних куль імітують зіткнення планет, а мильна плівка - поведінка колосальних ураганів («Буря в склянці»).
Публікація Science Daily