Наука

Гравитационные
волны: Дети Эйнштейна

  • 6369
  • 1
  • Иван Калягин
brodude.ru_16.02.2016_nq24msRgfMzeB
Конец прошлой недели разорвало молнией научно-технического прогресса. Ты об этом, вероятно, и сам знаешь, ведь речь идёт о тех самых "гравитационных волнах", что, по всей видимости, перекочевали из разряда теоретических домыслов столетней давности в разряд "это, мать твою, правда!". Об этом много кто трубил на всех переулках и в каждой подворотне. Даже знакомые алкаши и то обсуждали невероятное открытие интернациональной команды физиков. Но мы решили углубиться в сущность самого открытия, ведь так мало сказано о том, чем это обернется для человечества, и почему это так важно для нас, обычных людей, далеких от физики и науки.

Сенсацию представили миру 11 февраля на пресс-конференции в Вашингтоне. Если опустить все детали, то команде международного проекта LIGO Scientific Collaboration удалось зафиксировать гравитационные волны в лабораторных условиях. Для этого они использовали несколько обсерваторий-детекторов, принцип работы которых знать нам необязательно. Сами обсерватории располагаются в штатах Луизиана и Вашингтон. Их основная сфера деятельности – это изучение лазерно-интерферометрических и гравитационно-волновых данных. Чтобы найти эту ранее мифическую гравитационную волну, были построены специально под проект LIGO два интерферометра (расположены они перпендикулярно, но а длину имеют в 4 километра). Всё это удовольствие, конечно, стоит колоссальных денег. Исследователи считали, что волны образуются путём слияния двух черных дыр, и если эти волны обнаружить, то к теории относительности отпадет масса вопросов, которые делали её лишь теорией.

Разумеется, учёные зафиксировали сигнал этого слияния. Произошло это ещё 14 сентября 2015 года. Возникшая черная дыра обладала массой в 62 солнца (первая черная дыра была массой в 36 солнц, а вторая в 29), а находилась она в 1,3 миллиарда световых лет от нашей затерянной на периферии космоса планете (следовательно, событие, которое было зафиксировано, произошло 1,3 миллиарда лет назад!). Гравитационные волны, которые начали распространяться в момент слияния дыр, неслись в нашу сторону со скоростью света, но постепенно они стихали. В итоге их было сложно отличить от привычных вибраций на планете вроде обычного шума.

Почему есть такая сильная связь между теорией относительности Альберта Эйнштейна и гравитационными волнами? Если ты являешься физиком, то без труда ответишь на этот вопрос. Всё дело в уравнениях волнового типа, предложенных Эйнштейном, решение которых соответствует возмущениям пространства-времени, движущимся со скоростью света. Возможно, ты знаешь, что эти уравнения были предложены ещё в 1915 году, но сто лет (сто лет и один год, если быть точным) никто не находил им подтверждения. Разумеется, до этой самой конференции в Вашингтоне, которая прошла 11 февраля. И это событие окрестили величайшим в науке за последнее время. То, что было в теории, стало правдой и на практике.

О том, что сигнал является не фальшивкой, а настоящим следом гравитационных волн, мы узнали практически сразу, так как он был обнаружен еще в ходе тестового запуска LIGO, когда подобные «инжекты», вбросы, не производятся и их фактически невозможно осуществить.
– Михаил Городецкий, член LIGO –

И всё же, если говорить о гравитационных волнах самым простым языком, что они доказывают? Какой прок нам оттого, что Эйнштейн был прав? Учёные всегда ошибаются, а вскоре становятся правыми или подвергаются забвению. Посторонним людям трудно определить гениальность их исследований. Остаётся только слепо восхищаться, либо позабыть об этой части человеческой жизни. Но не в этом случае, ведь открытие прямым образом влияет на человеческий вектор развития, осознания человечеством своего места во Вселенной.

Дело в том, что гравитационные волны, как долгое время считали учёные, являются следствием Большого Взрыва, а значит, началом нашей Вселенной, первопричиной пространства и времени. Выходит, теперь мы с уверенностью можем утверждать, что единственная истина зарождения Вселенной кроется не в священных книжках, не в трудах астрологов и магов, а в теории Большого Взрыва. Разумеется, в ней есть пробелы, но они, уж на этот раз, не столь существенны, как та громадная неизвестность, что существовала до тех пор, пока мы не осознавали подлинность гравитационных волн. Тем самым люди в очередной раз могут убедиться в преимуществах научного подхода в организации человеческого общества.

Ученые получили окончательное доказательство существования волн, предсказанных Эйнштейном. Это настоящий триумф, доказывающий верность теории относительности.
– Tages-Anzeiger –

Многие из нас думали, что сейчас человек находится в состоянии научного застоя, но последние события доказывают только то, что мы либо в преддверии, либо в процессе новой научно-технической революции. И при этом мы продолжаем наблюдать мракобесие и религиозные войны, которые, по сути, оттого и активизировались, что не могут противопоставить свои догматы суровой и всепоглощающей научной действительности. У них нет ответа на вопросы, которые есть у научного сообщества. И рано или поздно им будет уготовано своё местечко на обломках истории.

brodude.ru_16.02.2016_aKk5hdpVHKpSn

Но мы отвлеклись от самой науки, а ведь обещали рассказать более подробно. Фиксирование гравитационной волны не было самоцелью. На самом деле ученые никогда не будут бросать такие катастрофически огромные денежные ресурсы на изучение какой-нибудь определенной проблемы. Потому мы можем выделить несколько научных результатов, каждый из которых является чертовски важным для дальнейшего развития человечества.

Во-первых, люди наконец нашли прямое подтверждение существованию черных дыр. Да, теоретически мы знали о черных дырах уже уйму лет, а вот пощупать эту теорию не могли. Сейчас же можно с полной уверенностью сказать, что черные дыры существуют. Это утверждение справедливо и для двойных черных дыр (ведь учёные наблюдали за слиянием двух отдельных черных дыр), то есть всё это реально. К тому же, до этого момента не было особых инструментов, которые помогли бы изучать нам эти космические объекты, а ведь вокруг черных дыр так много интересной жути, которая подогревается фантастическими фильмами, вроде путешествий во времени или коридоров в другие Вселенные.

Черные дыры – это вроде костей динозавров Вселенной, так что в некотором смысле мы можем сделать что-то вроде звездной археологии и посмотреть на историю Вселенной через продукты этих больших звезд.
– физик Брайан Грин –

Во-вторых, мы поняли, с какой скоростью двигается гравитация. Ньютон считал её бесконечно большой, Лаплас, высчитывая её по движениям Луны, думал, что скорость гравитации превышает скорость света в 50 миллионов раз. До этого момента существовала куча теорий, которые объяснили скорость гравитации тем или иным способом. И только старина Эйнштейн думал, что её скорость равна скорости света. После того как учёные из LIGO замерили разницу между временем прихода гравитационной волны, они обнаружили соответствие скорости гравитации скорости света. Впрочем, это не означает, что все остальные гравитационные теории абсолютно неверны, ведь некоторые из них строятся на базе общей теории относительности. В перспективе они могут оказаться более точными, но это уже мелочи, ведь мы уже можем отбросить немалое количество несостоятельных теорий.

В-третьих, теперь у человечества появился ещё один способ наблюдения за Вселенной: так называемая гравитационно-волновая астрономия, а значит, многие астрономы в скором будущем будут учиться именно по этому профилю и изучать тонкости космического бытия с позиции гравитационных волн. Появился огромный простор для исследований, который никем особо не пройден, и это хорошо. Новая область вдохнет некоторый дух авантюризма в учёные умы. К тому же, всегда приятно осознавать, что ты работаешь в самом передовом направлении, которое, на твоё счастье, признано уже с самого начала своего существования.

brodude.ru_16.02.2016_hjp8y1sZzlKXq
Когда Эйнштейн написал свое уравнение специальной теории относительности о замедлении времени и прочем, практического применения не было видно никакого. Не прошло и ста лет, как оно появляется. Другой пример – это Фарадей, который показывал свои опыты электромагнитной индукции в середине XIX века. Когда его спросили, зачем это нужно, он сказал, что это ни зачем не нужно, это фундаментальная наука. Сейчас любой наш двигатель, электромотор работает по этому принципу.
– Рубен Саакян, профессор физики Университетского колледжа Лондона –

В случае с открытием гравитационных волн дела обстоят точно так же. Если ты надеешься, что завтра благодаря им появятся летающие автомобили или машины времени, то придется умерить свой пыл и немного подождать. В конечном итоге такие фундаментальные для науки события всегда находят практическое применение в жизни человека. Но что именно это будет? Какая-нибудь очередная безделушка, которая упростит нам и без того простую жизнь, или что-то грандиозное, что-то, что поможет нам преодолеть границы видимого космоса? Прогнозировать не будем, хотя всегда можно пофантазировать на эту тему. Остаётся лишь надеяться, что человек будет благоразумным.

А пока можно только пожелать исследователям из LIGO дальнейших успехов. Чувствительность гравитационно-волнового детектора собираются увеличить в несколько раз, тем временем вскоре понастроят новые, чтобы не только Штаты занимались этим трудоёмким делом. К примеру, скоро начнет свою работу детектор Advanced Virgo в Италии, а KAGRA – в Японии. Также будет построен десятикилометровый Einstein Telescope и телескоп LISA с длиной плеч интерферометра в 5 миллионов километров. Всё это великолепие будет обитать в Европе. Вполне возможно, что и Россия подключится к процессу, ведь если человечество хочет идти в будущее, то оно должно объединиться на этом пути. Вряд ли одной стране под силу вытянуть всю эту махину.