Гравитационные волны: открытие века

11 февраля физики в американской обсерватории LIGO положили начало новой эпохи в изучении Вселенной. Полученные ими результаты уже называют открытием века, а его авторов — первыми претендентами на Нобелевскую премию. Речь, конечно, идет об обнаружении гравитационных волн, существование которых предсказывал еще 100 лет назад Альберт Эйнштейн. Попытаемся разобраться, как такое открытие стало возможным и что оно значит для человечества.

Что такое гравитационные волны?

Одна из проблем, с которой столкнулся Альберт Эйнштейн во время своих исследований, состояла в том, что описание гравитации существенно отличалось от описания электромагнитного взаимодействия. Тогда-то гениальный ученый и предположил, что гравитация — это отражение кривизны пространства. Разработанная им общая теория относительности основывается на том, что тяготение проявляется как кривизна пространства-времени, которую создает материя. Гравитационные волны, таким образом, представляют собой возмущения пространства-времени, или "рябь" пространственно-временной ткани. С момента возникновения теории Эйнштейна стали предприниматься попытки обнаружить эти самые волны, поскольку сомнений в их существовании не возникало. Для достижения этой цели на протяжении многих десятилетий задачей физиков было создание прибора, который мог бы уловить сигналы гравитационных волн.

Статья "О гравитационных волнах" Эйнштейна и Розена

Что такое LIGO?

Проект LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), благодаря которому ученым удалось доказать то, что было невозможно во времена Эйнштейна, представляет собой систему из двух одинаковых детекторов, настроенных соответствующим образом для детектирования невероятно малых смещений от прохождения гравитационных волн. Детекторы этой лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории расположены на расстоянии трех тысяч километров друг от друга — один из них находится в Ливингстоне, штат Луизиана, а другой в Хэнфорде, штат Вашингтон.

Обсерватория LIGO была построена в 1980 году по инициативе двух американских физиков — Кипа Торна и Рональда Дривера. Исследования в LIGO осуществляются в рамках научной коллаборации LSC (LIGO Scientific Collaboration), в которую входят более тысячи ученых из университетов в 15 странах. Вклад отечественных ученых в проект достаточно велик. Как отмечает в своем интервью на тему сделанного открытия Сергей Петрович Вятчанин, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, именно разработки российских ученых позволили совершить это открытие. В частности, речь идет об исследованиях Владимира Борисовича Брагинского, который значительно усовершенствовал проект LIGO, и ученых из нижегородского Института прикладной физики РАН, чье изобретение оптических изоляторов сделало возможным зафиксировать гравитационные волны. На данный момент Россию в LIGO представляют две группы ученых из МГУ и Института прикладной физики РАН.

Схема интерферометров и их расположение в США

Как "поймали" гравитационную волну?

Гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 13.51 по московскому времени на двух детекторах-близнецах лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в США. Уникальное оборудование позволило зафиксировать сигнал, возникший в результате гравитационного взаимодействия двух космических тел, массы которых составляют 29 и 36 масс Солнца. Возмущения, по словам ученых, были порождены парой черных дыр перед их слиянием в более массивный вращающийся гравитационный объект, который тяжелее Солнца в 62 раза. Слияние черных дыр, согласно расчетам, произошло 1,3 миллиарда лет назад — именно столько времени потребовалось, прежде чем гравитационное возмущение распространится до Земли.

Анализ сигналов показал, что детектор в Ливингстоне записал событие на семь миллисекунд раньше детектора в Хэнфорде. Это позволило ученым предположить, что источник сигнала находится в южном полушарии. Позже стало известно, что телескоп Fermi, расположенный на околоземной орбите, возможно, смог установить источник полученного сигнала детекторами LIGO. Спустя 0,4 секунды после обнаружения гравитационных волн космическая обсерватория зафиксировала слабый гамма-сигнал, который исходил из созвездия Кита или Рыб. Более точно определить местоположение необычных гамма-лучей космическая обсерватория пока не смогла.

Что все это значит?

Сделанное открытие уже называют научным событием столетия. Действительно, оно подтвердило очередное предсказание общей теории относительности и, безусловно, позволит отсеять ряд неэйнштейновских теорий, которые до сих пор имели право на существование. По мнению упоминавшегося выше Сергея Петровича Вятчанина, стоит говорить о начале принципиально новой эпохи — эпохи гравитационной астрономии. Но удивительнее и волнительнее всего то, что человечество невероятно приблизилось к раскрытию тайны происхождения Вселенной: если удастся «поймать» возмущения, возникшие в период создания Вселенной, то станет ясно, как именно возникло мироздание.

А. Павленко (по материалам открытых источников)

Сопутствующие линки:

Печать E-mail