Наука
Ура, наконец-то открыты гравитационные волны!
По-другому их еще называют волнами пространства-времени. Интригующее название, не правда ли? Но после того, как вы узнали (см. прошлый номер «Рубежа»), что вся наша необозримая Вселенная со множеством галактик, каждая из которых тоже необозрима, возникла из одной малюсенькой точечки (в тысячу раз меньшей той, что муха оставляет на стекле), вы уже не удивитесь этим экзотическим волнам. Как не удивитесь тому, что их существование, как и той точечки, вытекает из общей теории относительности, открытой (или придуманной?) Альбертом Эйнштейном в 1916 году. Тогда же он предсказал и существование этих волн. И вот ровно сто лет спустя физики подтвердили: волны гравитации существуют!
Это, кстати, служит еще одним подтверждением справедливости общей теории относительности, а с ней и теории Большого взрыва.
Ввиду крайней слабости этих волн, долгие годы подтвердить их существование ученые не могли. Первое очень слабое подтверждение существования гравитационных волн было получено в 1974 году американскими астрофизиками Расселом Халсом и Джозефом Тейлором при наблюдении на радиотелескопе в Аресибо за тесной системой двух нейтронных звёзд.
Даже намек на то, что эти волны действительно существуют, в ученом мире посчитали настолько важным, что в 1993 году Халс и Тэйлор были удостоены Нобелевской премии по физике.
Тесной системой двух звезд называют две звезды большой массы, сблизившиеся на расстояние, соизмеримое с их собственными размерами. В этом случае между ними развиваются интимные отношения, включая обмен веществом. В такой системе и возникают гравитационные волны, максимальная интенсивность которых достигается, как и следовало ожидать, в момент их слияния в один объект. Естественно, в этот момент легче всего и зафиксировать гравитационную волну.
Зафиксированный в 1974 г. сигнал был очень слабым, потому что породившие его при слиянии две нейтронные звезды имеют сравнительно небольшую массу, каждая примерно в полтора раза больше солнечной.
Объекты, названные черными дырами, имеют намного большие массы, но их слияние редкое явление, поэтому долгое время его не удавалось зафиксировать. Да и техника не сразу достигла необходимого уровня. Но наконец удалось застать двух гигантов в момент соития.
Правда, «в момент» сказано весьма условно. Само событие случилось 1,3 миллиарда лет назад – столько времени гравитационные волны «катились» до земной обсерватории. И «попались» там 14 сентября 2015 года.
По теории эти волны распространяются со скоростью света. Напомню: по той же Общей теории относительности скорость света в вакууме составляет 299 792 458 м/с. Округленно принимают 300 000 км/с. А сколько секунд в году? Надо умножить число дней в году (365) на число часов в сутках (24), затем на число минут в часу (60) и на число секунд в минуте (тоже 60). В итоге окажется, что год состоит округленно из 32 миллионов секунд (иначе говоря 32 на 10 в шестой степени). Умножив это число на 300 000 км, которые свет одолевает за секунду, узнаем, что за год он преодолевает расстояние в 96 на 10 в одиннадцатой степени километров.
А если еще учесть, что от места интересующего нас события гравитационная волна достигла нас через 1,3 миллиарда лет после самого события, то перемножив две величины, найдем, что от места события нас отделяют округленно 125 на 10 в двадцатой степени километров. Вы можете представить себе это расстояние?
То, что астрофизикам удалось зафиксировать событие, имевшее место на таком гигантском расстоянии от нас – это, конечно, огромное достижение. Но это еще представить можно: волна есть волна, независимо от причины, ее породившей. Катится волна по Вселенной во все стороны и на любые расстояния. Требуется только достаточно чувствительный детектор, чтобы ее зафиксировать.
Но авторы открытия объявили еще о том, что зафиксированная гравитационная волна возникла в момент объединения двух черных дыр, из которых жених и невеста имели массу соответственно в 36 и 29 раз больше массы солнца. А после их слияния образовавшийся объект имел массу не в 65 раз больше нашего солнышка, а только в 62 раза. Масса, равная трем солнцам, ушла на родовые муки, то есть, очевидно, на разного рода излучения, сопровождавшие процесс.
Каким образом исследователи установили эти детали, хоть убейте, понять не могу. Ведь что такое черная дыра? Это объект, который все, что попадает в его поле тяготения, даже свет, он поглощает, но абсолютно ничего не отдает обратно, не излучает. Поэтому его и прозвали черной дырой.
А тут такие детали: 36 масс солнца, 29 масс… Но как-то установили. Ранг этих исследователей не тот, чтобы подозревать их в фальши. И тут нам самое время перейти к ним.
Для обнаружения гравитационных волн в 1992 году был предложен грандиозный проект, получивший название LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория). Технология для него разрабатывалась почти двадцать лет. Конкретно реализовали его два крупнейших научных центра США – Калифорнийский и Массачусетский технологические институты, расположенные на расстоянии 3000 км друг от друга. В общий же научный коллектив – коллаборацию LIGO входят около 1000 ученых из 16 стран.
Россию в нем представляют Московский государственный университет и Институт прикладной физики РАН (Нижний Новгород). Собрал их член-корреспондент РАН Владимир Брагинский, профессор физического факультета МГУ и Калифорнийского технологического института (ныне это не редкость, когда ученый одновременно работает в России и США или, скажем, в Израиле и России).
Первый, начальный, этап измерений прошел в 2002 – 2010 годах и не позволил обнаружить гравитационных волн. Не хватило чувствительности устройств. В 2010 году было решено остановить работу, и произвести модернизацию оборудования, повысив чувствительность более, чем в 10 раз. Работа возобновилась во второй половине 2015 года. И уже на тестовом прогоне ученых ждал успех.
Случилось это 14 сентября 2015 г. Полгода потребовалось ученым на обработку и проверку полученных результатов. Это можно считать официальным открытием гравитационных волн, поскольку впервые произведена их непосредственная регистрация на Земле. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Заявление о сенсационном прорыве в науке было сделано 11 февраля 2016 года в ходе пресс-конференции научной коллаборации LIGO в Вашингтоне.
Одновременно с Вашингтоном пресс-конференция проводилась и в Москве. На ней участники эксперимента, представляющие физический факультет МГУ, рассказали o своем вкладе в его осуществление. Группа В.Б. Брагинского участвовала в работе с самого начала проекта. Их вклад в общий успех был значительным. Физики МГУ обеспечивали сборку сложной конструкции, которую представляют собой зеркала интерферометра, служащие одновременно пробными массами.
Помимо этого в их задачи входила борьба с посторонними колебаниями (шумами), которые могли помешать обнаружить гравитационные волны. Именно специалисты МГУ доказали, что устройство надо изготавливать из плавленого кварца, который при рабочих температурах будет шуметь меньше, чем сапфир, предлагаемый другими исследователями. В частности для снижения тепловых шумов необходимо было добиться, чтобы колебания пробных масс, подвешенных как маятники, не затухали очень долго. Физики МГУ добились времени затухания 5 лет!
Успех проведённых измерений даст начало новой гравитационно-волновой астрономии и позволит узнать много нового о Вселенной. Возможно, физики смогут разгадать некоторые загадки темной материи и ранних этапов развития Вселенной.
Понятно, что авторов открытия ждет Нобелевская премия по физике. Конечно, не все из почти тысячи участников этой научной коллаборации станут лауреатами. Но гордиться этим успехом могут все коллаборанты.
* * *
Подозреваю, что читателей старшего поколения царапнет это слово – коллаборанты. Так во время Второй мировой войны называли жителей и, в первую очередь, руководителей тех европейских стран, которые сотрудничали с нацистскими оккупантами, в частности, в «окончательном решении еврейского вопроса».
Само понятие «коллаборационизма» принадлежит французскому маршалу Анри-Филиппу Петену, который в июне 1940 г., после разгрома Франции, возглавил правительство Виши. При личной встрече с Гитлером 24 октября 1940 г.он лично пообещал фюреру полное сотрудничество (фр. Collaborer). К collaborer с оккупантами он призвал всех французов в своем радиообращении к нации 30 октября того же года. С тех пор его правительство так и называли – коллаборационистское. Термин прижился.
Но, как видим, коллаборации могут быть разные, в том числе и научные. На мой взгляд, наиболее точное значение этого термина, как оно к нашему времени устаканилось, означает сотрудничество в достижении той или иной цели (или целей) разных организаций, как правило, не имеющих общей администрации.
Хороший пример: нынешняя коллаборация в Сирии, в которую входят режим Асада, Россия, Иран и «Хезболла». Каждая составляющая этой коллаборации имеет собственное руководство, но все они сотрудничают в достижении общей цели, конкретно – сохранения у власти Асада, а для этого – подавлении сопротивления сирийского народа.
На этом примере хорошо видно, что некоторые из членов коллаборации могут иметь еще побочные цели. Так, в сирийской коллаборации путинский режим имеет цель показать этому козлу Обаме, что Россия не региональная держава, как он однажды позволил себе выразиться, а самая что ни на есть величайшая держава. Вот он чешет теперь репу.
Ну, и еще одна цель для России в этой коллаборации вырисовалась по ходу дела: оказывается, массированными бомбежками можно не только помочь сирийскому диктатору подавлять сопротивление народа, но еще и засыпать Европу тучами мигрантов – чтобы европейцы и особенно эта Меркель много о себе не воображали.
В общем, надеюсь, вы поняли: коллаборации могут быть разные.
ИзраильЗайдман