3115. Волна с того света
Егор Быковский
В феврале объявили о главном научном открытии последних лет. Ждали его целое столетие. Физики и астрономы празднуют, а «Вокруг света» объясняет себе и остальным, что же такое открыли и какая нам с того польза.
Что же открыли?
Гравитационные волны
1,3 миллиарда лет назад в одной далекой-далекой галактике на опасное расстояние сблизились две черные дыры суммарной массой более чем 60 наших Солнц. Миг (точнее, 20 миллисекунд) - и они слились в одну гигантскую черную дыру, а при столкновении и слиянии выделилось такое количество энергии, что ткань пространства-времени пошла рябью, как поверхность пруда от упавшего в нее камня. К 14 сентября 2015 года рябь достигла Земли и была зафиксирована зеркалами гравитационных телескопов возле американских городов Ливингстон и Хэнфорд (на расстоянии около 3000 километров друг от друга). Зеркала вздрогнули с амплитудой в 10-19 м (это во столько раз меньше размера атома, во сколько яблоко меньше нашей планеты). Для проверки данных потребовались хитрые алгоритмы и несколько месяцев обработки.
Почему вокруг открытия столько шума?
Потому что это не одно открытие
На самом деле открытий два (если не больше): во-первых, наконец зарегистрированы (ура!) гравитационные волны. И во-вторых, окончательно подтверждено наличие черных дыр, о существовании которых мы знали, но непосредственно наблюдать не могли (в оптический телескоп их не может быть видно, а в рентгеновском излучении видно не черную дыру, а то, что происходит с окружающей ее материей). Кроме того, стоит считать регистрацию волн очередным (и очень увесистым) подтверждением общей теории относительности.
Разве гравитация распространяется волнами?
Именно так
Гравитационные волны - возмущения гравитационного поля, которые «отрываются» от источника (как рябь на воде «оторвалась» от упавшего в нее камня), и свободно распространяются во все стороны. Гравитационные волны вызывает вообще любой объект, обладающий массой и двигающийся с переменным ускорением, в том числе и мы сами. Звуковые волны - это колебания воздуха. Электромагнитные волны можно увидеть (по крайней мере, световую часть спектра). С гравитационными волнами все сложнее: по сути, в них колеблется даже не пространство, а его геометрия (представьте, что нарисованный на стене круг делался бы эллипсом то по вертикали, то по горизонтали).
Почему эти волны до сих пор не могли обнаружить?
Из-за их размеров
Они очень «маленькие» и высокочастотные. Если бы такая волна была в миллиард миллиардов раз больше, а ее частота, наоборот, раз в сто меньше, то мы бы могли, наверное, почувствовать, как наше тело растягивает и сжимает непонятная сила. Чтобы обнаружить гравволны с помощью доступной землянам техники, нужно дождаться мощной космической катастрофы вроде столкновения черных дыр или нейтронных звезд. Ясно, что такие события случаются редко. Хорошо бы подошел для исследования взрыв близкой сверхновой, но в этом случае по понятным причинам некому было бы заниматься регистрацией.
А обычным землянам эти волны зачем?
Чтобы узнать больше о Вселенной
Мы воспринимаем мир через органы чувств. Поэтому он разный, скажем, для муравья и человека: там, где человек видит обыкновенную травинку, муравей ощущает бесконечную рельефную плоскость с выраженным запахом. До сих пор мы познавали мир с помощью лишь электромагнитных волн, то есть понимали что -то только о пяти процентах составляющего Вселенную обычного (барионного) вещества. Открытие гравитационных волн позволяет описать мир в терминах теории гравитации, и мы можем взглянуть на Вселенную с нового, неожиданного ракурса, узнав о ней в разы больше (например, разгадать загадку темной материи).
Специалисты из LIGO занимаются настройкой оптической части интерферометра
Кто все это придумал?
Сложно перечислить
Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Использовать лазерные интерферометры для поиска волн предложили в 1962 году в СССР Михаил Герценштейн и Владислав Пустовойт. В СССР же реализовывалось несколько проектов по поиску волн с помощью твердотельных детекторов. Группа Владимира Брагинского (физфак МГУ) с 1980-х активно занималась методиками точных измерений в приложении к лазерным гравитационно-волновым антеннам. Первые расчеты темпа слияний двойных нейтронных звезд и черных дыр проведены в 1990-е годы в Москве в Институте астрономии РАН и Астрономическом институте МГУ. Автор алгоритма для выявления сигнала в постороннем шуме - Сергей Клименко из Флоридского университета. Обнаружила же гравволны научная коллаборация LIGO, которую основал знаменитый американский физик Кип Торн.
А дадут ли за это открытие Нобелевскую премию?
Безусловно!
Фото: AP, AFP / East News, Caltech / MIT / LIGO Lab (x2)
Источник