Эхо чудовищных катаклизмов от слияния огромных чёрных дыр порождает гравитационные волны, которые учёные смогли уловить на Земле с помощью уникальной установки, подтвердив одно из ключевых положений общей теории относительности Эйнштейна. В «ЧиПе» № 10 за прошлый год мы сообщали об этом эксперименте, за который в 2017 году американские исследователи получили Нобелевскую премию. Сегодня о значении этой работы по просьбе редакции рассказывает доктор физико-математических наук, профессор Олег Фейгин.

 Вклад российских учёных

Тема Нобелевской премии по физике 2017 года, присуждённой американским исследователям Райнеру Вайссу, Кипу Торну и Берри Бэришу за решающий вклад в проект LIGO (Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория), а также «за наблюдение за гравитационными волнами», имеет долгую историю. По стечению обстоятельств гравитационные колебания, являющиеся важнейшим следствием общей теории относительности Эйнштейна, были открыты в столетний юбилей теории. 14 сентября 2015 года специалистам «Калтеха» (Калифорнийского технологического института) удалось выделить в какофонии гравитационных шумов еле слышное эхо чудовищного столкновения двух далёких чёрных дыр.

Это выдающееся достижение было бы невозможным без фундаментальных открытий квантовых пределов, способов квантовых измерений, сделанных замечательными российскими учёными Владимиром Брагинским, Владиславом Пустовойтом и Михаилом Герценштейном, а также профессором физфака МГУ Валерием Митрофановым.

В полосе гравитационного прибоя

Столетие назад эйнштейновская теория гравитации наглядно показала, что тяготение возникает из-за искривления самого пространства-времени. Удивительные волны тяготения часто образно называют пространственно-временной рябью, которая, преодолев миллиарды парсеков, может вызвать едва уловимый «гравитационный прибой» в земных пределах.

Таким образом, источником гравитационных волн могут служить любые движения массивных материальных тел, приводящие к неоднородному изменению силы тяготения в окружающем пространстве. Иначе говоря, звёзды должны в своём движении ускоряться, а перемещение с постоянной скоростью гравитационное излучение вызвать не может в принципе, поскольку характер его поля тяготения при этом не изменяется. Однако для испускания волн гравитации подойдут далеко не все ускоренные движения; так шар, вращающийся вокруг произвольной центральной оси, на поверхности испытывает центростремительное ускорение, однако это ускорение строго симметрично, и его гравитационное поле остаётся однородным, так что волны гравитации возникнуть никак не могут. А вот если взять двойную звёздную систему, то чем стремительнее будут вращаться светила вокруг общего центра тяжести, тем сильнее побежит вдаль пространственно-временная рябь волн тяготения.

Надо сказать, что уравнения общей теории относительности настолько сложные, что у многих ведущих теоретиков ушли десятилетия на понимание того, что гравитационные волны действительно должны существовать. При этом были и критические мнения, утверждавшие, что даже если гравитационные колебания реальны, то и все наше окружение будет колебаться вместе с ними, а поэтому и ощутить их в принципе невозможно. Лишь в 1957 году выдающийся физик-теоретик Ричард Фейнман продемонстрировал в ходе мысленного эксперимента реальность детектирования волн тяготения.

Сенсация оказалась «неповторимым наблюдением»

Были и многие «фальстарты» в процессе поиска гравитационных колебаний. Среди них наиболее известны опыты Джозефа Вебера, которые он проводил в Мэрилендском университете (США) начиная с конца 60-х годов прошлого века. Он утверждал, что удалось обнаружить резонансные гравитационные колебания в алюминиевом цилиндре с датчиками.

К сожалению, открытие Вебера быстро попало в категорию «неповторимых наблюдений». Некоторые скептики отнесли его даже в область «неакадемических» исследований, ведь амплитуда колебаний, якобы зарегистрированных Вебером, чуть ли не в миллионы раз превышала теоретические оценки, следовавшие из общей теории относительности.

Впоследствии, отвечая на огонь критики, Вебер замечал, что зафиксированные им волны, скорее всего, пришли из закрытого газопылевой завесой центра Млечного Пути, где может скрываться множество ещё неизвестных космических феноменов.

И сегодня очень редкие оставшиеся сторонники наблюдений Вебера рискуют утверждать, что ему удалось зафиксировать отголоски процессов «каннибальской трапезы» колоссальной чёрной дыры, скрывающейся в ядре нашей Галактики. Это действительно никак не противоречит современным астрономическим представлениям, согласно которым один или несколько «чёрных монстров» ежегодно пожирают тысячи (или даже десятки тысяч) звёзд. Во время этих катаклизмов часть энергии могла бы выбрасываться в виде гравитационного излучения.

Надо сказать, что сам Вебер до самой смерти в 2000 году уверенно доказывал, что ему всё же удалось чётко зарегистрировать всплески самых настоящих гравитационных колебаний. Вокруг него даже сформировался узкий круг экспериментаторов, возглавляемых известным астрофизиком и писателем-фантастом Робертом Форвардом. Именно он предложил новую конструкцию сферических гравиадетекторов. Новое оборудование было в десятки раз чувствительнее, чем исходные цилиндрические детекторы Вебера, но и на этом пути не удалось достичь какого-либо результата.

Фотография: Shutterstock.com

Продолжение читайте в №1/2018 журнала «Чудеса и приключения», стр. 26-29

Теги: , , , , ,