Волны достигли Нобелевской премии
Нобелевская премия по физике 2017 года была присуждена Райнеру Вайсу, Кипу С. Торну и Барри К. Бэришу. Благодаря им был создан детектор LIGO и впервые наблюдались гравитационные волны — эхо столкновения далеких черных дыр.
Половина призовых (9 миллионов шведских крон) была получена Райнер Вайссони поделят вторую половину Кип С. Торн Ораз Барри С. Бариш. Этот вердикт Шведской Нобелевской академии почти в точности то, что мы предсказывали в отчете о поиске физической теории всего в октябрьском номере МТ, перечислив открытие гравитационных волн в числе основных кандидатов на. Мы писали тогда, среди прочего:
«Один из часто упоминаемых кандидатов на Нобелевскую премию по физике в этом году — проф. Райнер «Рай» Вайс. Он соавтор методы лазерного интерферометра, используется в LIGO (Лазерный интерферометр Гравитационно-волновая обсерватория) — dгенератор гравитационных волн, у которого уже есть три подтвержденных регистрации гравитационных волн. LIGO — это совместное предприятие ученых из Массачусетского технологического института, Калифорнийского технологического института и многих других колледжей. Проект спонсируется Национальным научным фондом. Идея создания детектора родилась в 1992 году, а ее авторами были Кип Торн и Рональд Древер из Калифорнийского технологического института и Райнер Вайс из Массачусетского технологического института. Древер, к сожалению, умер в марте этого года, но двое других могут оказаться в списке лауреатов в октябре».
Нобелевские лауреаты по физике
Мы не упомянули Бариша, потому что была армия потенциальных кандидатов. Однако нет никаких сомнений в том, что этот третий лауреат Нобелевской премии в значительной степени способствовал прорывному открытию. Внес много конструктивных улучшений, в том числе и в организационных вопросах: в т.ч. получил финансирование от Национального научного фонда для строительства двух интерферометров — одного в Ливингстоне, штат Луизиана, и другого в Хэнфорде, штат Вашингтон, — и создал международную сеть сотрудничества проект ЛИГОкоторый в настоящее время насчитывает более тысячи ученых.
Один из детекторов LIGO во всей красе
Это началось в 70-х годах.
Существование гравитационных волн уже было предсказано Альбертом Эйнштейном в общей теории относительности, опубликованной более ста лет назад. В середине 70-х Райнер Вайс проанализировал потенциальные источники возмущений, которые могли помешать измерениям гравитационных волн. Он же сконструировал подходящий детектор — лазерный интерферометр. Тогда Кип Торн и Вайс были убеждены, что гравитационные волны можно обнаружить.
И все же, в первый раз это было возможно сделать только так. 14 сентября 2015 г. Затем Землю достигли гравитационные волны, вызванные столкновением двух черных дыр, удаленных от нас на 1,3 миллиарда световых лет. Мир узнал об их открытии в февраль 2016 г.когда обнаружение было проверено и подтверждено.
С инженерной точки зрения эпохальное открытие в LIGO означало регистрацию эффекта прохождения через детекторы, приводящего к изменению длины плеч интерферометра. Изменение было очень небольшим — порядка 10⁻m — но отношение сигнал/шум этого сигнала по-прежнему было равно 24. Другими словами, сигнал, зарегистрированный 14 сентября, был в 24 раза выше уровня шума, в результате чего по немедленной тревоге от группы детектора. Что было дальше — мы писали в начале.
Новый взгляд на вселенную
Это первое столкновение черных дыр, зарегистрированное гравитационными волнами, отмечено символом GW150914. Второе обнаружение произошло на второй день Рождества 2015 года и известно как GW151226, а информация о нем была опубликована в июне 2016 года. О третьем обнаружении мы узнали через год, а осенью поступило известие об следующем, четвертом.
Регистрация постепенно становится рутиной. После оглашения вердикта Нобелевского комитета Торн объявил, что теперь ожидает серийного обнаружения дальнейших гравитационных волн. Технология теперь доступна и освоена.
Он был не первым, кто выразил такое убеждение.
К концу этого десятилетия мы будем проводить как минимум одно обнаружение гравитационных волн в месяц. — оценил он несколько месяцев назад в интервью сайту «Регистр», Кен Стрейн, проф. физики Университета Глазго, участвовавшего в разработке детектора LIGO.
Недавние события, связанные с гравитационными волнами, астрономы сравнивают со снятием доселе непроницаемой завесы и возможностью наконец-то посмотреть, как это работает на самом деле. Гравитационные волны, о которых знают далеко не все, представляют собой нечто совершенно иное, чем электромагнитные. Последние — это колебания в пространственной среде, а гравитационные колебания — это в некотором роде колебания самой среды.
Если инфракрасный диапазон — это зрение змеи, ультрафиолетовый диапазон насекомого и т. д., то гравитационные волны не имели бы эквивалента в природе. До сих пор почти все, что мы знаем о Вселенной, получено из наблюдений за электромагнитными волнами — видимым светом, ультрафиолетовым, инфракрасным, излучением. гамма, рентген или микроволновая печь. Между тем, гравитационные волны — еще одно явление, происходящее одновременно. Их наблюдение позволяет нам заглянуть в неизведанные ранее места — внутрь сверхновой или нейтронной звезды, где материя сжата сильнее, чем в ядре атома. Следы гравитационных волн, вызванных Большим взрывом, все еще присутствуют, и они путешествуют по Вселенной, неся информацию о начале космоса.
Иллюстративное изображение гравитационных волн, порожденных столкновением черных дыр.
Обнаружение большого взрыва?
Пока что они существуют три детектора гравитационных волн: два в США, образующие LIGO, и один в Италии. Тем не менее, больше уже ведется. В Японии он должен быть готов в 2018 году. Детектор гравитационных волн Камиока (KAGRA). По предположениям, он будет более чувствительным, чем новая версия LIGO (Advanced LIGO). Зеркала KAGRA подлежат криогенной защите от термических воздействий.
Сочетание электромагнитных и гравитационных наблюдений может означать революцию, аналогичную сочетанию традиционной рентгеновской фотографии с томографией и МРТ в медицине. Космический детектор должен быть запущен в 30-х годах. eLISAкоторые вместе с новыми телескопами других диапазонов могут показать нам космос с такой стороны, которую мы никогда не знали. В декабре 2015 года был запущен зонд LISA Pathfinder для тестирования технологий, которые готовятся к использованию в миссии eLISA.
Конечно, главным призом, который наверняка заслужил бы еще одну Нобелевскую премию, станет обнаружение гравитационных волн с самого начала Вселенной, т.е. тех, что возникли в момент Большого Взрыва. Тогда мы «увидим» начало Вселенной. Если бы такое «окончательное обнаружение» позволило бы нам исследовать тайну рождения Вселенной, путь, начатый Нобелевскими лауреатами 2017 года, стал бы одним из важнейших путей науки.
