Происхождение Вселенной - читать онлайн книгу. Автор: Стивен Баттерсби cтр.№ 14

Барри Бэриш

Для воплощения идеи Вайсса в жизнь Национальный научный фонд США (US National Science Foundation, NSF) начал финансировать проект, который превратился в 1979 году в лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию LIGO. Но дело продвигалось медленно, и когда в 1994 году физик Барри Бэриш (род. 1936) из Калифорнийского технологического института возглавил проект, фонд NSF практически потерял веру в него:

«Было большое сопротивление. Проект был весьма рискованным и требовал больших затрат. Поэтому мы полностью модернизировали его. Через шесть месяцев он выглядел как совершенно новый проект. И это было трудно сделать – если бы вы спросили меня тогда, можем ли мы построить то, что, как мы знаем теперь, нужно для обнаружения гравитационных волн, ответ был бы отрицательным.

Идея заключалась в том – и я об этом говорил – что с помощью первоначальной версии LIGO можно будет обнаружить гравитационные волны. И он постепенно где-нибудь превратится в детектор, который мы условно назвали “Усовершенствованная обсерватория LIGO”. Но, по правде говоря, кроме общих идей об этой усовершенствованной LIGO, у нас не было никакой конкретики. Самым удивительным для меня во всем этом деле является то, что все эти 22 года, пока мы не достигли успеха, мы ухитрялись получать финансирование».

Майкл Ландри

В США детекторы LIGO располагаются в двух местах: в Ливингстоне (штат Луизиана) и в Хэнфорде (штат Вашингтон). С момента своего присоединения к проекту в 2000 году Майкл Ландри, ведущий специалист центра в Хэнфорде, убеждал всех, что их прибор имеет наивысшую возможную чувствительность для регистрации самых микроскопических сигналов:

«Космос – это жесткая среда, не желающая вибрировать. Детектор должен зарегистрировать изменения, которые составляют примерно тысячную долю размера протона. Это все равно, что зафиксировать изменение в расстоянии между Солнцем и ближайшей к нам звездой Проксима Кентавра, равное толщине человеческого волоса.

У нас идет непрерывная борьба за подавление шума в приборе. Есть шумы земного происхождения, такие как землетрясения. Не такой яркий пример шума – «звон» Земли: на низких частотах она звенит подобно колокольчику из-за того, что океанские волны разбиваются о континентальный шельф.

Если у побережья Аляски или в Мексиканском заливе штормит, колебания почвы возрастают. Нам нужно подавлять эти движения, регистрируя их сейсмометрами и включая их в системы сейсмического подавления. Подобно этому работают шумоподавляющие наушники, создавая образец шума внешней среды и затем воспроизводя его в противофазе, чтобы внешние шумы не досаждали вашим ушам.

Кроме того, существует много внутренних шумов, которые также надо подавить, типа электронного шума или квантового шума в лазере. Все это означает, что детекторы LIGO – самые тихие и самые чувствительные детекторы, созданные когда-либо руками человека».

В сентябре 2015 года, всего лишь через несколько дней после ввода в строй усовершенствованной LIGO, Майклу Ландри сообщили, что зафиксирован необъяснимый сигнал. Сначала он был уверен, что это так называемая инжекция – искусственный импульс, посылаемый время от времени для проверки аппаратуры:

«Утром 14 сентября я включил свой компьютер и увидел e-mail с сообщением о регистрации этого события, происшедшего буквально несколько минут назад. Я подумал, что это, вероятно, инжекция – был еще такой ранний этап наблюдений. Позже в лаборатории мы определили, что никакой инжекции не было. Мы провели еще много исследований, и нам понадобилось несколько месяцев, чтобы подтвердить достоверность этого сигнала. Но даже с самого начала было понятно, что если это не инжекция, то это самое лучшее, что мы когда-либо видели».

Гравитационная волна, по-видимому, пришла от столкновения двух черных дыр, находящихся на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от Солнца. Для Райнера Вайсса, ныне заслуженного профессора Массачусетского технологического института, это было долгожданным подтверждением его надежд:

«Это было выдающееся открытие. Больше всего на свете я хотел увидеть столкновение двух черных дыр. Если вы спросите, что в первую очередь подтолкнуло нас к построению столь сложного сооружения, я отвечу, что это было желание проверить, работает ли теория Эйнштейна в сильных гравитационных полях. В таких условиях общая теория относительности еще не проверялась. И вдруг в наших руках оказывается свидетельство того, что уравнение поля Эйнштейна, от начала до конца, совершенно справедливо».

Нергис Мавалвала

Для Нергис Мавалвала, ученой-физика из Массачусетского технологического института, которая работает в LIGO уже 25 лет, детектирование этого сигнала стало только началом:

«Одним из пленительных моментов общей теории относительности является то, что вы решаете уравнения, пусть даже вы решаете их десятилетиями, и создаете образцы того, как должны выглядеть сигналы. Природа была к нам добра: самый первый сигнал, который мы увидели, оказался таким ясным. Многие полагали, что мы увидим только слабые сигналы, едва выступающие над уровнем шума, и последуют многочисленные дискуссии о том, можно ли вообще считать это сигналом или нет.

Это открытие побуждает нас к новым интенсивным исследованиям, ведь мы знаем, что на свете еще много неизведанного, ждущего своих наблюдателей. Некоторые могут вообразить, что про себя мы решили: «Окей, теперь, когда мы это увидели, мы можем собирать вещички и отправляться по домам». Но на самом деле все совсем наоборот. Мы увидели только первую гравитационную волну, но сколько еще открытий нам предстоит? Нам столько нужно узнать о черных дырах, а ведь есть еще и нейтронные звезды! Что касается лично меня, я надеюсь увидеть кое-что, над чем придется поломать голову. Может быть, мы откроем новые объекты, которые пока невозможно даже представить».

Интервью: реакция Эйнштейна на открытие гравитационных волн

Теория относительности Эйнштейна предсказала гравитационные волны. После их открытия в 2016 году журнал New Scientist опубликовал гипотетическое интервью ^[1], которое могло бы состояться с самим великим ученым, составленное на основании высказываний, сделанных им при жизни.

Исследователи открыли первые свидетельства существования гравитационных волн от слияния двух черных дыр, что является подтверждением последнего предсказания вашей теории относительности. Это впечатляет, не правда ли?

Если вы спрашиваете меня, существуют ли гравитационные волны, должен сказать, что я не знаю. Но это очень интересная проблема ^[2].

Это свершилось – их только что открыли! Какова ваша реакция?