Гравитационные волны
Общая теория относительности, предложенная Эйнштейном, описывает гравитацию как геометрию пространства-времени. Массивные объекты, такие как, например, звезды, «прогибают» пространство, искажают геометрию пространства-времени вокруг себя. Если они двигаются или взаимодействуют с другими, возникают колебания - периодические возмущения пространства вокруг них. Теоретически любой объект, имеющий массу, искажает пространство и может во время движения генерировать гравитационные волны. Будь-то бабочка, взлетающая с цветка, или девушка, машущая рукой вслед поезду.
Другое дело, что зарегистрировать гравитационные волны от легких объектов почти невозможно - гравитационное взаимодействие очень слабое - оно слабее электромагнитного на 40 порядков (не готов даже сказать, как называется такое число). Чтобы создать волну, которую мы сможем зарегистрировать, нам желательно иметь объект массой, сравнимой с большой звездой, которая движется со скоростью, близкой к скорости света.
Существование во Вселенной объектов, которые могут генерировать пригодные для регистрации гравитационные волны, вполне возможно - это могут быть черные дыры, системы нейтронных звезд, которые взаимодействуют, кроме того, теоретически мы можем зарегистрировать «реликтовые гравитационные волны» - следы рождения Вселенной, начатые компактным, горячим веществом, которое быстро двигалось.
Для регистрации гравитационных волн было построено несколько детекторов, начиная с 1962 года. Они бывают двух основных типов: резонансные, на гравитационных антеннах, и интерферометрические, на лазерных датчиках. Основной элемент резонансных детекторов - гравитационная антенна - тяжелая чугунная болванка, охлажденная до низкой температуры. При попадании гравитационной волны на болванку размер антенны меняется, и если частота волны совпадает с резонансной частотой антенны, амплитуда колебаний антенны может стать настолько большой, что колебания можно детектировать. На таком принципе сегодня работают детекторы MiniGRAIL, ALLEGRO, AURIGA, EXPLORER и NAUTILUS.
Интерферометрические детекторы измеряют изменения расстояния между двумя пробными массами с помощью лазерного интерферометра Майкельсона. В двух длинных (длиной в несколько сотен метров или даже километров) перпендикулярных друг другу вакуумных камерах подвешиваются зеркала. Лазерный луч расщепляется, идет по камерам, отражается от зеркал, возвращается назад и снова соединяется. В «спокойном» состоянии длины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят друг друга (деструктивно интерферируют), и освещенность фотодетектора является нулевой. Если одно зеркало изменит положение на минимальное расстояние (речь идет о расстоянии на порядки меньше световой волны), компенсация двух лучей станет неполной и фотодетектор уловит сигнал. Гравитационные телескопы такого типа работают в американо-австралийском проекте LIGO, немецко-английском GEO600, японском TAMA-300 и франко-итальянском VIRGO.
Вчера в ходе пресс-конференции международного научного консорциума LIGO в Вашингтоне было сделано заявление, что ученым впервые удалось экспериментально подтвердить существование гравитационных волн. «Мы обнаружили гравитационные волны. Мы это сделали», - заявил исполнительный директор LIGO Дэвид Рейц. По словам ученого, волны образовались в результате столкновения двух массивных черных дыр, которые находятся на расстоянии 1,3 млрд световых лет от Земли. Сигнал был получен 12 сентября 2015 года. Это «именно то, что было предусмотрено Общей теорией относительности Эйнштейна», сообщил Рейц. «Открытие гравитационных волн или так называемой «ряби пространства - времени» - поворотное открытие, которое проложит путь для нового этапа исследования Космоса», утверждают представители LIGO.
Этого открытия физики ждали сто лет, с момента заявления общей теории относительности. Теперь становится возможным проверить много предположений космологии, гораздо лучше понять строение и эволюцию Вселенной.
Когда волны достигли Земли, они сместили луч лазерного детектора на одну тысячную диаметра протона. Полученные колебания группа ученых превратила в звук. Впрочем, превращать особенно здесь было нечего - сигнал приходит на частоте, которая примерно совпадает с частотой человеческой речи. Такая вот ирония Вселенной.
Кроме того, следует отметить, что в данном случае команде LIGO просто повезло. Практически как только они включились, они зафиксировали искомый сигнал, потому что произошло нужное событие - слияние двух очень массивных черных дыр. В среднем черные дыры раза в три, а то и в четыре легче, но в этом случае объекты оказались очень массивными, а потому сигнал удалось зафиксировать с очень большого расстояния.
Впрочем, удача приходит к тому, кто этого заслуживает: проект LIGO - это не просто две Г-образные конструкции с 4-километровыми «плечами», разнесенные в пространстве, это - 25 лет кропотливой и упорной работы, затраты огромных денег, в первую очередь на исследования, создание новых технологий, совершенствование и развитие этих технологий, изготовление все более точных приборов.
В связи с этим меня не покидает все та же навязчивая мысль.
Мы воюем. И на этом фоне о многом забываем. В том числе о важных вещах. Любая война начинается за идеалы прошлого. Однако в большинстве случаев она превращается в войну против будущего. Не стоит воевать за то, чтобы выжить. Ради этого начиналось много антиколониальных национальных движений. И почти все они были безуспешны. Выживать обычно получается, жить - не всегда. Жить есть смысл, чтобы преобразовывать мир вокруг себя. Ради этого, возможно, можно и умирать. Впрочем, тогда это уже и не обязательно.
Пока мы «выживаем», мир стремительно идет вперед, расширяя свои границы. Отказаться от изменений ради желания «выжить» - значит обречь себя на бесконечное прозябание на задворках цивилизации.
Именно поэтому, чтобы наша наука стала эффективной, ученым стоит перестать путать мнение начальства с востребованностью обществом. То, что сегодняшний конкретный министр сгенерировал какую-то некомпетентную чушь о роли и значении науки, вовсе не означает, что наука и ученые нашему обществу и государству не нужны. Мы работаем для людей. Для науки и для истории. Давайте попробуем быть свободными и ответственными не перед «условным начальством», а перед безусловной истиной. Тогда будет результат, удовольствие, признание и уважение. Не верите - спросите у людей. И послушайте, наконец, как звучат гравитационные волны.
