Чудовища доктора Эйнштейна - читать онлайн книгу. Автор: Крис Импи cтр.№ 62

Затем горизонты событий соприкасаются, и черные дыры сливаются. Уравнения для этого процесса не имеют решений; даже суперкомпьютеры не могут рассчитать происходящее. Последняя фаза называется затуханием, когда возникший в результате слияния объект колеблется, как гигантский ком темного желе, а затем успокаивается, приняв форму одной черной дыры, в два раза превосходящей каждую из участниц слияния массой и размером (илл. 56). В количественных характеристиках 5 % массы преобразуется в гравитационные волны. Миллион земных масс превращается в энергию колебаний пространственно-временного континуума и избегает «погребения» в черной дыре. (Для сравнения: Солнце за одну секунду преобразует в лучистую энергию одну тысячу триллионных долей массы Земли.) Пульсация гравитационных волн уносится с места действия со скоростью света, распространяясь во все стороны, как волны в трехмерном пруду. Самый мощный взрыв в истории наблюдений за Вселенной происходит в тишине и полнейшей тьме.

Колебания пронизывают бездны межгалактического пространства, ослабевая по мере удаления от источника. Они проходят сквозь миллионы галактик, возможно, оставаясь незамеченными. Тем временем на Земле жизнь выходит из океанов на сушу, в результате планетарного катаклизма появляются и вымирают динозавры, у одной из ветвей эволюционной линии приматов развивается большой головной мозг. Когда гравитационные волны проходят через соседние галактики, Магеллановы Облака, наши предки осваивают огонь. Когда волны проникают в Млечный Путь, люди впервые покидают Африку. Волны минуют яркую звезду Бета Летучей Рыбы, а Альберт Эйнштейн публикует статью о своей новой теории гравитации. Волны проходят рядом с ближней к нам карликовой звездой 82 Эридана, а в отдаленных друг от друга местах на территории США начинается строительство огромного научного инструмента. Пять лет инструмент совершенствуется и не используется для наблюдений; он готов получить первые научные данные в тот момент, когда волны прокатываются по Солнечной системе и устремляются к Земле.

Марко Драго застыл в напряжении. Тридцатидвухлетний постдок из Италии держит чашку с капучино, сидя перед экраном своего компьютера в Институте Альберта Эйнштейна в Германии – и вдруг видит на экране маленькую загогулину. Сначала программное обеспечение отмечает событие как ложный сигнал, но после автоматической перекрестной проверки метка снимается. Марко понимает, что прозвучал голос Вселенной, и составляет электронное письмо с темой «Очень интересное событие». Он находится «у руля» самого точного прибора в истории.

Сколько физиков нужно, чтобы измерить сдвиг в одну десятую размера протона? Ответ: больше тысячи. Марко Драго – один из целой армии ученых, работающих в десятках университетов и исследовательских институтов по всему миру над самым чувствительным научным инструментом за все время их изобретения. История о том, как удалось построить лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию, LIGO, почти столь же невероятна, как и регистрация колебаний пространственно-временного континуума.

Мы прервали рассказ о попытках зарегистрировать гравитационные волны в момент, когда в этой сфере царил хаос. Никто не смог повторить результаты Вебера, его научная репутация была погублена. Позорное пятно казалось несмываемым, и это несправедливо. Охотники за гравитационными волнами считались шарлатанами или глупцами – а может, теми и другими.

Однако нашлась группа исследователей, чей азарт лишь подхлестнула неспособность воспроизвести результаты Вебера. Как экспериментаторы они были намерены найти лучшие способы. Оптимизм вселяло обнаруженное Тейлором и Халсом замедление вращения пульсаров, что доказывало существование гравитационных волн. В эту мужскую компанию (поскольку это была и есть сфера мужского доминирования) входил физик Массачусетского технологического института Райнер Вайсс. Когда он был ребенком, его семья бежала из нацистской Германии. Он рос в Нью-Йорке, предоставленный сам себе, с головой уйдя в увлечения: классическую музыку и электронику. Он бросил учебу в МТИ, прошел весь путь с самой нижней ступени – с техника в физической лаборатории – и вернулся в МТИ, но нелегко было добиться штатной должности. Разочарованием обернулись и попытки объяснить студентам результаты Вебера. «Я, хоть убей, не мог понять затею Вебера, – сказал он. – Я не считал, что он прав, и решил пойти своим путем» ^[339].

Все лето Вайсс в подвале один работал над идеей, возникшей из обсуждений со студентами МТИ ^[340], и создал детектор, являвшийся не отдельным стержнем-антенной, а интерферометром. Представьте два металлических стержня, соединенных под прямым углом в форме буквы L. Если гравитационная волна приходит сверху, то вследствие того, что она сжимает и растягивает пространство, она делает один стержень совсем немного короче, а другой – чуть длиннее. В следующее мгновение происходит противоположное, и схема повторяется, пока волна активна. Вместо того чтобы пытаться обнаружить превращение единственного стержня в звенящий колокольчик, Вайсс должен был зарегистрировать попеременное изгибание двух стержней.

Эксперимент Вебера был в тысячи раз менее точен, чем необходимо для получения результата, и Вайсс знал, что должен добиться радикальных улучшений. Его осенила мудрая мысль использовать свет как линейку. Его «стержни» представляли собой длинные металлические трубки с откачанным изнутри воздухом, поскольку в вакууме свет распространяется с постоянной скоростью. Лазер в изгибе L-образной конструкции посылает свет одной длины волны через светоделитель, так что половина попадает в плечо интерферометра и другая половина – под прямым углом в другое плечо. Свет отражается от зеркала в конце каждого плеча, возвращается в изгиб L и вновь соединяется в детекторе. В норме световые волны возвращаются по обоим плечам интерферометра строго синхронно, их пики и спады совпадают. Если же через инструмент проходит гравитационная волна, один пучок света проходит чуть меньшее расстояние, пики и спады не совпадают, и интенсивность света снижается (илл. 57).