11 февраля 2016 г. ученые из проекта LIGO объявили, что впервые в истории им удалось напрямую засечь гравитационные волны. Их существование еще за сто лет до того предсказал Альберт Эйнштейн, но не хотел себе верить. ТАСС вспоминает, как было сделано открытие и почему оно стало одним из главных событий в физике в XXI в. 

1,3 млрд лет назад далеко-далеко от Земли сблизились две черные дыры и спустя еще 20 мс слились воедино. Из-за колоссальной энергии, выделившейся при столкновении, само пространство-время пошло рябью во все стороны от места катастрофы. 14 сентября 2015 г. в 13:51 по московскому времени эти волны на скорости света достигли Земли. 

В многокилометровых тоннелях на противоположных концах США — одних из самых сложных инженерных объектах в мире — друг за другом задрожали зеркала. Колебание зеркал было почти незаметным — с амплитудой в 10-19 м. Это во столько же раз меньше размера атома, во сколько апельсин меньше нашей планеты. 

Расчеты, занявшие десятки лет, измерения на грани квантового предела точности, несколько месяцев аккуратных проверок результатов — и 11 февраля в Вашингтоне, Москве, Лондоне, Париже и других городах начались пресс-конференции. Ученые имели сказать одно: человечество впервые зарегистрировало гравитационные волны, и это не могло быть ошибкой. Впереди нас ждали гравитационные телескопы, новая физика и, может, даже новая реальность. 

Что такое гравитационные волны? 

Если бросить в воду камень, по ней пойдет рябь. Гравитационные волны напоминают такую рябь, только колеблется само пространство-время. Гравитационные волны излучает все, что обладает массой и движется с переменным ускорением, даже тормозящая машина. Но в этом случае волны так малы, что законы физики не позволяют их уловить. Проще всего гравитационные волны обнаружить после вселенских катастроф — при столкновении черных дыр или нейтронных звезд: сравнительно компактных, но чрезвычайно массивных объектов.   

Одни из первых экспериментов по обнаружению гравитационных волн ставили еще в 1970-е гг. на физическом факультете МГУ в группе под руководством профессора Владимира Брагинского. Тогда прибор, установленный в подвале здания, вроде бы зарегистрировал сигнал, сильный и стабильно повторяющийся каждый вечер. Назревала сенсация. Но праздник сорвал сам Брагинский: он понял, что прибор регистрировал сейсмический шум от трамваев в расположенном неподалеку депо. 

Исследователи, участвовавшие в международном эксперименте BICEP2, были не так аккуратны, как советские физики. В 2014 г. они заявили о неопровержимых следах гравитационных волн в реликтовом излучении, сохранившемся с первых мгновений после Большого взрыва. Но ученые поторопились, не учтя влияние космической пыли при обработке данных.   

Видео (' Ролик Массачусетского технологического института, где рассказывают об устройстве обсерватории LIGO и гравитационных волнах'). 

Неоднократные попытки обнаружить гравитационные волны делались и на других гравитационных телескопах, в том числе на детекторах коллаборации LIGO. 

Что такое LIGO и гравитационные телескопы? 

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — это название обсерватории и международного проекта ученых из 14 стран. Россию в LIGO представляют два научных коллектива: группы Александра Сергеева из Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) и Валерия Митрофанова с физического факультета МГУ. Последнюю, кстати, одно время возглавлял тот же Владимир Брагинский. 

Обсерватория LIGO состоит из двух комплексов в 3 тыс. км друг от друга в американских штатах Луизиана и Вашингтон. В обоих проложены четырехкилометровые тоннели с зеркалами, по которым пускают лазерные лучи. Из-за гравитационных волн пространство-время сжимается и растягивается — расстояние, которое проходит пучок света, чуть-чуть меняется, как меняется и время, нужное, чтобы его преодолеть. Эти отклонения и позволяют засечь волну. В Италии работает похожая обсерватория Virgo, благодаря ей проще определить направление, откуда пришла волна. 

Какой сигнал зарегистрировали ученые? 

14 сентября 2015 г. зеркала в тоннелях стали колебаться с частотой 150 Гц и немыслимо маленькой амплитудой 10-19 м. После обработки была найдена причина — слияние двух черных дыр на расстоянии 1,3 млрд световых лет от Земли. Первая была в 29 раз массивнее Солнца, а вторая — в 36 раз. Получившаяся черная дыра потеряла три массы Солнца: столько энергии ушло в виде гравитационных волн. Будь это свет, а не гравитация, он ненадолго затмил бы всю видимую Вселенную. 

В 2017 году за это открытие присудили Нобелевскую премию по физике. Половина награды досталась Райнеру Вайссу, который занимался разработкой детекторов гравитационных волн, еще по четверти — теоретику, инициатору проекта LIGO Кипу Торну и Барри Бэришу, первому руководителю и основателю LIGO. 

Что будет дальше? 

Сначала ученые надеются обзавестись третьим гравитационным телескопом для своей системы, который будет расположен в космосе. Тогда по характерным задержкам сигналов гравитационных волн исследователи смогут определять точное положение источников так же, как сейчас можно узнать свое точное положение на Земле, обменявшись сигналами с тремя спутниками GPS. 

Гравитационные телескопы позволят лучше изучить Вселенную. Волны, которые они улавливают, ничто не может остановить. Вдобавок такой телескоп может сканировать сразу все небо: его не нужно наводить в определенную точку или настраивать на одну частоту. В перспективе многие уникальные астрофизические события первыми будут фиксироваться именно на так, а уже потом с помощью полученных данных будут наводить другие инструменты наблюдения. 

Еще ученые надеются увидеть реликтовые гравитационные волны — те, что стали распространяться по Вселенной почти сразу после Большого взрыва. Это позволило бы заглянуть в самое начало времен, а может, разработать единую теорию фундаментальных взаимодействий, для которой теория относительности Эйнштейна будет частным случаем. Пока ее нет, и это одна из главных проблем в физике. 

Наконец, кое-что с этого пира может перепасть и нам, простым людям, не мечтающим о теории великого объединения. Что это будет? Передача информации сквозь время, как в фильме "Интерстеллар"? Путешествия во времени? Что-то совершенно немыслимое? Мы не можем этого предсказывать — только ждать и смотреть. 

Фото: Обсерватория LIGO в Хенфорде, Вашингтон

Похожие новости

  • 16/02/2021

    Ключевые результаты в сфере науки Алтайского края в 2020 году

    Научный комплекс Алтайского края сегодня представлен 4 научно-исследовательскими институтами, в числе которых 2 учреждения Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий.
    309
  • 12/02/2021

    Эксперты выделили точки роста для сотрудничества РФ и КНР в инновациях

    ​Лидеры России и Китая приняли решение о проведении Годов российско-китайского научно-технического и инновационного сотрудничества в 2020-2021 годах. Церемония их открытия в прошлом году прошла в видеоформате, была подписана дорожная карта российско-китайского сотрудничества в области науки, технологий и инноваций на 2020-2025 годы.
    408
  • 12/02/2021

    Холодный ядерный синтез: почему у Google ничего не получилось?

    В первой из цикла статей о сложившейся сегодня в мире ситуации вокруг исследований холодного ядерного синтеза объясняется, почему четыре научные группы, финансируемые несколько лет корпорацией Google и государственными фондами США и Канады, так и не смогли получить и зарегистрировать реакции холодного ядерного синтеза ни одним из трёх широко известных способов, неоднократно воспроизведённых в других лабораториях.
    457
  • 03/07/2016

    В ИЯФ пройдет конференция по синхротронному и терагерцовому излучению

    ​С 4 по 8 июля 2016 в Институте ядерной физики СО РАН (ИЯФ СО РАН) состоится Международная конференция по генерации и использованию синхротронного и терагерцового излучения​, посвященная одному из самых "прикладных" направлений, представленных в институте.
    3410
  • 23/11/2020

    Аддитивные технологии: кадры для индустрии будущего

    ​Аддитивные технологии или технологии послойного синтеза - одно из наиболее динамично развивающихся направлений «цифрового» производства. Ученые ЮУрГУ сотрудничают с мировыми лидерами, а новая программа по подготовке специалистов в этом направлении признана одной из лучших в России.
    361
  • 18/12/2020

    Инструмент размером с полстраны

    ​С помощью трех российских телескопов, расположенных в вершинах гигантского треугольника, можно составить трехмерную карту земной поверхности с точностью до одного миллиметра​.   В обсерватории Светлое Института прикладной астрономии (ИПА) РАН под Петербургом 4 декабря сдан в эксплуатацию радиотелескоп РТ-13.
    481
  • 15/02/2021

    Сибирские учёные создают новую лабораторию

    ​​Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН получил мегагрант на развитие и изучение перспективных методов управления теплопереносом в средах с фазовыми и химическими превращениями в энергетике, химической, электрохимической технологиях и микроэлектронике.
    308
  • 22/08/2016

    ИЯФ СО РАН и ЦЕРН разрабатывают коллайдеры будущего

    22-24 августа 2016 года в рамках финансируемого Евросоюзом проекта «КРЕМЛИН» (CREMLIN, Connecting Russian and European Measures for Large-scale Research Infrastructures) в ЦЕРН (Женева) пройдет совместная конференция ИЯФ СО РАН и ЦЕРН для молодых ученых, занимающихся разработкой и экспериментами на электрон-позитронных коллайдерах (CERN-BINP workshop for young scientists in e+e- colliders).
    2724
  • 07/03/2017

    9 марта 2017 года в Институте ядерной физики СО РАН состоится пресс-конференция, посвященная эксперименту AWAKE

    ​Уважаемые коллеги! Приглашаем вас на пресс-конференцию, посвященную эксперименту AWAKE, целью которого является проверка нового принципа ускорения заряженных частиц. В конце прошлого года коллаборация AWAKE получила первые впечатляющие результаты, о которых вы сможете узнать 9 марта от представителей ЦЕРН и нашего института, который участвует в этом проекте.
    2064
  • 27/09/2016

    Россия и Беларусь планируют создать совместный центр лазерных технологий

    ​Беларусь и Россия планируют создать совместный центр лазерных технологий. Об этом сообщил в понедельник научный руководитель Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) академик Сергей Багаев перед открытием Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, лазерам, их приложениям и технологиям (ICONO/LAT-2016) в Минске.
    3316