Кажется, в последние годы неуловимо меняется отношение общества к важнейшим научным открытиям и в целом к науке. Любители кино благодарно принимают фильмы «Гравитация» (2013), «Интерстеллар» (2014) и «Марсианин» (2015). Высадка зонда «Филы» на поверхность кометы Чурюмова — Герасименко в конце 2014 года была обставлена как реалити-шоу. В том же 2014 году Нобелевскую премию по физике вручили за абсолютно понятное всем изобретение — белый светодиод. И вот очередная веха: открытие, практической пользы от которого не видно ни на первый, ни на пятый взгляд, занимает первые полосы газет и центральные места на веб-сайтах. Человечество впервые поймало гравитационные волны.
О совершённых научных открытиях публика обычно узнаёт после выход в свет работы в рецензируемом научном журнале. Рассказывающие о сути работы популярные статьи появляются в день публикации, если тема важная, либо в течение дней или недель, если работа не столь интересна широким массам. Так как между отправкой статьи в редакцию и выходом её в свет проходит несколько месяцев, датой открытия фактически принято считать дату публикации, хотя нередко бывает так, что оно совершено годом ранее.
С гравитационными волнами всё было не так. Тот самый сигнал был зафиксирован 14 сентября 2015 года, и когда первые проверки показали, что это не ошибка, Лоуренс Краусс (Lawrence Maxwell Krauss) организовал утечку в своём «Твиттере».
Rumor of a gravitational wave detection at LIGO detector. Amazing if true. Will post details if it survives.
— Lawrence M. Krauss (@LKrauss1) September 25, 2015
Инфа о детектировании гравитационной волны на детекторе LIGO. Неужели правда. Если не сорвётся, буду кидать подробности.
За месяц до презентации открытия Краусс ещё немного подогрел публику, сообщив, что «гравитационные волны могут быть обнаружены». На самом деле это означало, что открытие подтверждено, и остались лишь необходимые формальности.
My earlier rumor about LIGO has been confirmed by independent sources. Stay tuned! Gravitational waves may have been discovered!! Exciting.
— Lawrence M. Krauss (@LKrauss1) January 11, 2016
Информация о LIGO подтверждена независимыми источниками. Не расходитесь! Гравитационные волны, возможно, открыты! С ума сойти.
Наконец, 11 февраля, в день выхода журнала Physical Review Letters со статьёй «Наблюдение гравитационных волн от слияния системы из двух чёрных дыр» (Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger), была организована пресс-конференция Национального научного фонда США. Об открытии гравитационных волн сообщили не только новостные агентства и издания, регулярно пишущие о науке, но и СМИ самого широкого профиля. Гравитационные волны внезапно стали модной темой, обойти которую совершенно невозможно.
Как же так вышло, что весь мир сейчас обсуждает эти волны? Безусловно, в этом не только заслуга Краусса. Самым весомым фактором стало, пожалуй, имя Альберта Эйнштейна — человека, который известен всему миру и которого весь мир воспринимает как воплощение гениального учёного. Эйнштейн разработал современную теорию гравитации — общую теорию относительности, которая и получила сейчас очередное подтверждение в виде открытия гравитационных волн. Как тут не удержаться от фразы «сбылось предсказание Эйнштейна», особенно если оно сделано ровно сто лет назад.
Сработало и то, что открытие касается гравитации — силы, с которой мы имеем дело постоянно, которая так проста и понятна в быту и в то же время так загадочна по своей природе.
И, разумеется, сработал общий тренд. Наука становится модной. И после «гравитационного шоу» он только окрепнет.
Но что же, собственно, произошло и действительно ли случилось что-то экстраординарное? И да и нет. Безусловно, открытие гравитационных волн — чертовски важная веха. Достаточно сказать, что сам Эйнштейн не верил, что человечество когда-нибудь окажется способным их уловить. Проектирование и постройка сверхточных детекторов для регистрации волн гравитации — большая и сложная задача. И когда всё получилось, человечество, можно сказать, открыло для себя новый орган чувств. Если раньше оно следило за Вселенной, улавливая электромагнитное излучение и различные элементарные частицы, то сейчас способно «слушать» гравитацию, пусть и доступны ему пока лишь очень крупные «всплески».
С другой стороны, прорыва в познании мира не произошло. Мы и так знали, что гравитационные волны есть, мы знали, какая у них форма и амплитуда. Даже сам процесс регистрации волн заключался в наложении зафиксированных колебаний на заранее просчитанный шаблон. Никакие отклонения не предполагались, да их и не случилось: полученный сигнал идеально совпал с предсказанным.
Но эйфория всё равно не проходит. Подумать только — теперь мы знаем, что где-то за полтора миллиарда световых лет от нас давным-давно — те же самые полтора миллиарда лет назад слились в одно целое две чёрные дыры. Мы знаем их массы (36 и 29 солнечных), знаем, что всё случилось за несколько сотых долей секунды, и даже можем указать кольцо на небесной сфере, откуда пришёл сигнал (если бы в сентябре 2015 года работало не два детектора, а четыре, то имели бы точное направление, а если три — то два возможных варианта). Никак иначе мы бы об этом событии не узнали.
Идея эксперимента проста настолько, что её можно легко излагать школьникам. Лазерный луч расщепляется на два, они путешествуют в разные стороны на расстояние 4 км, отражаются от подвешенных на нитях зеркал и, вернувшись, создают интерференционную картину. Пришедшая гравитационная волна заставляет зеркала отклоняться, и картина меняется, причём вполне определённым образом.
В проекте aLIGO (Advanced LIGO — Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, улучшенная лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) вся сложность — в реализации этой идеи. Искривление пространства даже от таких масштабных событий, как слияние чёрных дыр, настолько ничтожно, что расположенные на расстоянии нескольких километров друг от друга зеркала смещаются примерно на диаметр атома. Чтобы уловить такие колебания, нужно исключить все остальные факторы, которые могут внести дисбаланс. Кроме того, в туннелях, по которым распространяется свет, необходим высокий вакуум, а лазер должен очень точно выдерживать постоянную длину волны. После подавления всех шумов уровень сигнала, который может зафиксировать aLIGO, определяется только квантовыми флуктуациями — гейзенберговской неопределённостью.
После того, как всё шампанское выпито, главный вопрос — что дальше. Прекращать наблюдения не планируется, напротив, будет создана единая сеть гравитационных детекторов, что позволит точно определять направление на источники сигналов. Помимо обоих детекторов LIGO: в Хэнфорде (штат Вашингтон) и в Ливингстоне (штат Луизиана), в неё войдут расположенный близ итальянской Пизы Advanced Virgo (начнёт совместную работу с LIGO во второй половине 2016 года) и японский KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector), расположенный близ города Хида, — его планируется запустить в 2018 году. Ещё один интерферометр LIGO планируется построить в Индии.
Особенно многообещающим выглядит проект eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna, улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра), в рамках которого в космосе на солнечную орбиту будет запущен гигантский интерферометр для сканирования всего неба. У него размер плеча составит не 4 километра, как у LIGO, а 5 миллионов километров. LISA сможет измерять не только амплитуду волн и направление на источник, но и поляризацию. Начало работы совместного проекта НАСА и ЕКА намечено на 2034 год. Не расходитесь.
