Складки на ткани пространства-времени - читать онлайн книгу. Автор: Говерт Шиллинг cтр.№ 21

Вебер нашел решение – собственные частоты.

Большинство предметов имеют определенную собственную частоту, при которой колебания резонируют и усиливаются. Пожилые обитатели Такомы – города в штате Вашингтон к югу от Сиэтла, помнят, как в ноябре 1940 г. рухнул огромный, только что построенный подвесной мост, соединивший город с полуостровом Китсап. Очевидно, частота собственных колебаний моста совпала с преобладающими частотами сильных порывов ветра в проливе Такома-Нэрроуз. Конструкция начала резонировать, раскачиваться и изгибаться, пока не развалилась. Посмотрите на YouTube киносъемку обрушения моста – это впечатляет.

Итак, вот план Вебера. Берем в качестве детектора большой алюминиевый цилиндр. Подвергаем его точной механической обработке, чтобы он имел нужную нам собственную частоту. Подвешиваем на стальной проволоке, чтобы изолировать от колебаний окружающего пространства. С той же целью помещаем конструкцию в вакуумный сосуд. Подключаем к цилиндру пьезоэлектрические датчики. Ждем.

Если гравитационные волны существуют, то имеют широкий диапазон частот. Взрывы сверхновых, столкновения звезд, совершающие орбитальное движение ЧД – у каждого астрофизического события своя характерная частота. Достигнув Земли, они вызовут очень слабые колебания алюминиевого цилиндра. Остается надеяться, что частота некоторых волн Эйнштейна совпадет с собственной частотой цилиндра, вызвав в нем резонанс. Тогда его колебания станут более сильными, возможно даже измеряемыми. Более того, спустя секунды после прохождения волны цилиндр будет продолжать вибрировать, как камертон после удара. Пьезоэлектрические датчики зарегистрируют быстрое растягивание и сжатие образца, превращая малейшие изменения его длины в электрический сигнал.

В начале 1960-х гг. Вебер и его ученик Боб Форвард создали и испытали устройства, которые назвали «резонансными детекторами гравитационных волн» или «резонансными антеннами» и даже просто «антеннами Вебера». Как и следовало ожидать, они то и дело регистрировали слабые сигналы – нечто, выделяющееся из неизбежного фонового шума. Сверхновая в отдаленной галактике? Сталкивающиеся нейтронные звезды в нашей области космического пространства? Неизвестный энергетический процесс в центре Млечного Пути? Что это было, неведомо.

(Впервые услышав о сотрудничестве Вебера с Робертом Л. Форвардом, я подумал: «Забавно, он тезка автора «Драконьего яйца» (научно-фантастического романа 1980 г. о жизни на поверхности нейтронной звезды)». Оказалось, это один и тот же человек. Он ушел из Мэрилендского университета в 1962 г.)

Эксперименты Вебера стали привлекать серьезное внимание в 1968 г., когда он использовал два одинаковых детектора – один в кампусе Университета Мэриленда в Колледж-Парке, второй почти в 1000 км на восток, в Аргоннской национальной лаборатории возле Чикаго. Он стремился исключить ложноположительные результаты. Грузовик, проехавший по Балтимор-авеню, мог вызвать вибрацию антенны в Колледж-Парке, но не в Чикаго. Гравитационные волны от взрыва сверхновой или столкновения звезд должны были регистрироваться в обоих местах одновременно – по крайней мере с интервалом в долю секунды, с учетом скорости волн и в зависимости от направления, в котором находится их источник.

Каждая из двух алюминиевых антенн имела длину 1,5 м, диаметр около 65 см и вес 1400 кг. Их собственная частота составляла 1660 Гц – разумный выбор, если пытаться обнаружить волны Эйнштейна, вызванные столкновением нейтронных звезд. (Мы поговорим о нейтронных звездах в главе 5.) Оставалось дождаться одновременной регистрации двух сигналов – так называемого совпадения.

Веберу не пришлось долго ждать. С 30 декабря 1968 г. по 21 марта 1969 г. было зафиксировано не менее 17 совпадений. Очевидно, это не могло быть случайностью. В начале июня он впервые сообщил о результатах на конференции по релятивизму в Цинциннати (штат Огайо) и удостоился оваций. Вскоре после этого, 16 июня, в Physical Review Letters была опубликована его статья «Доказательство открытия гравитационного излучения» («гравитационное излучение» – ныне вышедший из употребления синоним понятия гравитационных волн).

Вскоре восторг сменился сомнениями. Во-первых, астрофизиков смущало количество событий. С учетом чувствительности антенн Вебера волны, вызванные столкновением нейтронных звезд, должны были возникать в пределах нескольких сотен св. лет от Земли. В такой маленькой области пространства 17 столкновений за три месяца были совершенно невозможны. Если же волны пришли от гораздо более дальнего источника, например какого-то неизвестного энергетического процесса в центре Млечного Пути, то задействованные энергии оказывались невероятно большими.

Экспериментаторы также прониклись скепсисом. Чтобы результаты эксперимента были признаны научным сообществом, они должны быть воспроизводимыми. Но Владимир Брагинский из МГУ не смог получить результаты Вебера. Энтони Тайсон из Bell Telephone Laboratories в Холмделе, штат Нью-Джерси, ничего не обнаружил. Результат Дэвида Дугласа в Рочестерском университете оказался отрицательным. Рон Древер из Глазго трудился впустую. Вебер же продолжал сообщать о новых удачах своей «гравитационно-волновой лаборатории» в Мэриленде.

Тони Тайсон до сих пор помнит споры с Элом Клогстоном, возглавлявшим лабораторию физических исследований в лабораториях Bell. Когда Тайсон рассказал ему о планах поставить эксперимент для проверки результатов Вебера, Клогстон энтузиазма не выказал главным образом потому, что не увидел никакой выгоды для Тайсона и лаборатории ^[29]. Если окажется, что Вебер ошибается, это им ничего не даст, если же Вебер окажется прав, то именно он, а не Тайсон получит «нобелевку». Так ради чего стараться? Тем не менее Тайсон начал, без особой огласки, строить очень чувствительные резонансные детекторы. Он объединился с Дэйвом Дугласом, и в 1971 г. они даже начали сотрудничать с Вебером, сравнивая показания приборов в Холмделе и в Рочестере, обмениваясь данными с Мэрилендом, повышая чувствительность оборудования и разрабатывая более совершенное программное обеспечение для анализа результатов.

Скоро Тайсон утвердился во мнении, что Вебер видит то, чего нет. Вебер был блестящим мыслителем и умным инженером, но небрежно подходил к анализу данных и статистике. Он никогда не публиковал алгоритмы, по которым определял и идентифицировал совпадения показаний разных антенн. Если постоянно менять используемые критерии, то обязательно найдешь столько «совпадений», сколько захочешь.

Вебер совершал и глупые ошибки. Он заявил, что получил сигналы из центра Млечного Пути, поскольку они обнаруживались преимущественно, когда центр нашей галактики стоял высоко в небе, а волны Эйнштейна давали бы более сильные сигналы в антеннах при движении в вертикальном, чем в горизонтальном направлении. Это верно, но Тайсону пришлось напомнить ему, что Земля проницаема для гравитационных волн. Вследствие этого сигналы должны иметь такую же силу, когда Млечный Путь достигает предельного положения ниже горизонта, но Вебер о таких сигналах не сообщал.