Чудовища доктора Эйнштейна - читать онлайн книгу. Автор: Крис Импи cтр.№ 65

В середине своего четвертого десятка Торн стал соавтором эпохального учебника «Гравитация» и начал череду пари со Стивеном Хокингом. Сооснователь LIGO, Торн проявлял огромный интерес к открытиям гравитационных волн. Он знал, что гравитационные волны с наиболее ярко выраженными характеристиками порождаются слиянием двух черных дыр. Проблема заключалась в том, что рассчитать наимощнейшую часть сигнала перед самым слиянием можно только с помощью компьютеров, поскольку, как и со многими ситуациями в общей теории относительности, уравнения не имеют точного решения. Однако в те времена компьютерное моделирование было чрезвычайно несовершенно.

Мы были убеждены, что должны располагать результатами компьютерного моделирования к моменту, когда, возможно, начнем видеть гравитационные волны с помощью LIGO. Но в 1990-х гг. в этой области имелись огромные проблемы. Выдающиеся специалисты по теории вычислений могли столкнуть две черные дыры лоб в лоб, но, когда они пытались заставить черные дыры совершать орбитальное движение относительно друг друга, как это происходит в природе, компьютеры отрубались до завершения первого же оборота. К 2001 г. я встревожился, потому что предполагал, что продвинутая LIGO будет готова к началу 2010-х гг., через десятилетие. Было совершенно не очевидно, что к тому времени моделирование будет доступно ^[351].

Поэтому Торн отвлекся от текущего управления проектом и организовал в Калтехе и Корнелле группу по численному релятивистскому моделированию.

Торн – талантливый популяризатор науки. Он умеет объяснить доступным языком головоломные идеи ^[352]. Будучи публичным представителем LIGO, он смог убедить профессиональных политиков, не имеющих научной подготовки, потратить почти миллиард долларов на постройку двух огромных устройств, созданных для регистрации гипотетических невидимых волн – настолько слабых, что они способны лишь сдвинуть атомы на крохотные доли их величины.

Благодаря близости к Голливуду Торн привлекался к проектам, где главную роль получала гравитация. В начале 1980-х гг. Карл Саган свел его с продюсером Линдой Обст и использовал его опыт для изображения путешествия через кротовую нору в фильме «Контакт». Обст вспомнила о нем, работая над «Интерстеллар» с режиссером Кристофером Ноланом. В фильме гигантская вращающаяся черная дыра Гаргантюа замедляла время, и Торн помог аниматорам добиться научной точности ее изображения. Визуализация некоторых кадров потребовала 100 часов работы, данные для фильма почти достигли миллиона гигабайт. Благодаря моделированию Торн даже совершил научное открытие, которому посвятил несколько статей ^[353]. Он считает, что картина получилась красивой, но убежден, что она красива в том числе потому, что правдива (илл. 60).

Почти ежедневно через ваше тело проходит волна пространства-времени, возникшая в результате слияния черных дыр где-то во Вселенной. Она может прийти сверху, сбоку или из-под ног. Вы занимаетесь своими делами, не подозревая о вторжении. Когда волна прокатывается через вас, вы на миг становитесь чуточку выше и тоньше, затем чуточку ниже и толще, и картина повторяется. Через несколько десятых долей секунды вы вернетесь к обычному состоянию.

Это заставляет вспомнить слова романиста и поэта Джона Апдайка, сказанные в адрес другого призрачного посланца космоса, нейтрино ^[354]:

Гравитационные волны бывают трех типов ^[356]. Первые – стохастические, этот термин описывает любой физический процесс случайного характера. Волны этого типа труднее всего зарегистрировать, поскольку сигнал может перекрываться случайным шумом электроники на высоких частотах и геологической активностью на низких. Самым впечатляющим из стохастических сигналов, как мы скоро узнаем, был бы сигнал Большого взрыва. Вторые – периодические, это гравитационные волны, частота которых почти постоянна долгое время. Чаще всего источниками периодических сигналов являются нейтронные звезды и черные дыры, совершающие орбитальное движение по отношению друг к другу. Поскольку партнеры в двойных системах удалены друг от друга, сигналы слабы. Третьи – импульсные, гравитационные волны, которые приходят короткой вспышкой. Импульсы возникают вследствие формирования черной дыры во взрыве сверхновой, а также слияния нейтронных звезд или черных дыр. Предположительно это самые сильные из гравитационных волн, и образ их весьма специфичен, поэтому их проще всего отличить от шума.

Столкновение черных дыр можно интерпретировать как колокольный звон гравитации. Большой колокол звучит ниже маленького, а большие массы при столкновении излучают волны более низких частот, чем маленькие. Нейтронные звезды на максимуме выдают «чирп» до 1600 Гц, черные дыры минимальной массы – до 700 Гц, а массивные черные дыры, столкновение которых было зарегистрировано LIGO в качестве первого события, начинали со 100 Гц и поднялись примерно до 350 Гц. Нейтронных звезд примерно в три раза больше, чем черных дыр, поэтому мы ожидаем увидеть (в порядке уменьшения количества событий, но увеличения силы сигнала): слияния двух нейтронных звезд, слияния нейтронной звезды и черной дыры и слияния двух черных дыр. Детектор LIGO спроектирован так, чтобы быть наиболее чувствительным к диапазону частот 100–200 Гц, в котором самый сильный сигнал издают сливающиеся черные дыры. Этот интервал идеален для наблюдений. На 100 Гц чувствительность в два раза ниже, поскольку усиливаются помехи от электроники, а на 20 Гц – в десять раз ниже из-за усиления геологических шумов Земли.