На гребне гравитационной волны

В чем суть открытия колебаний пространства-времени, за которое присуждена Нобелевская премия по физике?

Существование колебаний пространства-времени предсказал еще Альберт Эйнштейн как логическое следствие Общей теории относительности. Но учитывая, что след, вызванный прохождением гравитационных волн, весьма слаб, даже сам великий физик сомневался, что его можно зарегистрировать. Но два года назад две обсерватории в США практически одновременно поймали странный сигнал, который оказался эхом слияния двух черных дыр. Это событие называют величайшим открытием XXI века. В чем же его суть?

spacegid.com

Для человека, далекого от физики, а тем более от ее революционного направления — физики квантовой (она считается весьма странным предметом даже среди специалистов), действительно непонятно многое. Впрочем, мы находимся в гораздо более выгодном положении, чем современники Альберта Эйнштейна, которые к его измышлениям отнеслись более чем скептически. Но прошло всего каких-то сто лет, и для современного человека гравитационные волны, черные дыры и им подобные понятия уже вполне привычны. Благодаря фантастической литературе. В вымышленных мирах мы воспринимаем их как данность. Гораздо сложнее “нащупать” все это в реальности.

Гравитация для чайников

Прежде всего стоит уяснить, что на самом деле представляет собой гравитация. В примитивном понимании это то, что заставляет падать яблоки на головы и бутерброды маслом вниз, а также не дает планетам Солнечной системы оторваться от звезды и разлететься в разные стороны. В научном понимании гравитация разделяется на две важные части.

Первая — гравитация Ньютона. Здесь все просто: чем тяжелее тело, тем сильнее оно притягивает другие объекты. Практические примеры мы видим вооруженным и невооруженным глазом. Например, Луна, которая в разы легче Земли, вращается вокруг нее, а не наоборот. Идеальным примером ньютоновской гравитации можно считать полет камня. Если бросить его вперед, он полетит по наклонной, устремляясь к земле по мере того, как приданный рукой импульс будет становиться слабее. Чем сильнее бросок, тем дальше летит камень. И теоретически, если придать ему достаточную скорость, он может улететь как угодно далеко. Ньютоновская теория отлично работает — именно благодаря ей мы научились запускать космические корабли и спутники.

В Общей теории относительности гравитация рассматривается не как силовое взаимодействие, а как проявление искривления пространства-времени — своего рода геометрический эффект. Согласно этой трактовке любое тело, обладающее массой, искривляет единое временно-пространственное “полотно” (представьте себе, как два человека катают пресловутое яблоко по натянутой в руках скатерти). Считается также, что, двигаясь, все предметы закручивают пространство и время вокруг себя спиралями, наподобие водоворотов. И именно по этой причине спутники летают вокруг планет, планеты — вокруг звезд, звезды — вокруг галактических центров и так далее. Это несколько отличается от того, что нам преподавали в школе, не так ли?

Первоначально теория гравитационного искажения пространства существовала только в виде математических уравнений в тетрадях Альберта Эйнштейна. Но сейчас она широко используется. Например, навигационная технология GPS работает по принципу сверки высокоточных часов наземного устройства и спутника. Так вот на спутнике часы искусственным образом слегка замедляются, поскольку у поверхности Земли (то есть ближе к гравитационному центру) время идет медленнее.

Не гони рябь

Волна гравитации колеблет физическое поле, искривляя пространство и время — как будто пускает рябь по воде. Гравитационные волны расходятся по Вселенной со скоростью света, но вызвать их могут только крупные события (взрыв сверхновой звезды, гибель галактики или слияние черных дыр). Казалось бы, это должно быть похоже на цунами в космосе — сложно не заметить. Но ученые поясняют, что не следует путать гравитационную волну со взрывной, поскольку это совершенно разные вещи. К тому же колебания пространства-времени гасят и громадные расстояния. Например, событие, на которое указывают первые зарегистрированные человечеством в 2015 году гравитационные волны — слияние двух массивных черных дыр, — произошло около 1,3 миллиарда лет назад (в это время на нашей планете только зародилась многоклеточная жизнь). Его эхо и уловили на Земле несколько специально оборудованных обсерваторий, входящих в проект LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория).

Технология “вылавливания” гравитационных волн разрабатывалась почти двадцать лет. А реализовали ее два крупнейших научных центра США — Калифорнийский и Массачусетский технологические институты. В общий же научный коллектив — коллаборацию LIGO — сейчас входят около 1000 ученых из 16 стран. Тем не менее награду получили только американские астрофизики Райнер Вайсс (разработал концепцию), Кип Торн (предсказал, какая форма будет у сигнала от гравитационной волны и как выделить его на фоне всевозможных шумов) и Барри Бариш (довел детекторы до необходимой чувствительности). Кстати, именно Бариш отметил, что присуждение Нобелевской премии трем людям за открытие, которое стало результатом тяжелой работы большой команды, вызывает у него двойственные чувства.

По сути дела, научное открытие, за которое дали “Нобель” по физике, не изменит существенным образом нашу с вами жизнь. Однако оно открывает невероятные перспективы. Ведь если существуют волны пространства-времени, кто сказал, что по ним нельзя “плавать” туда и обратно? Мысль крамольная, но, как мы видим, самые фантастические вещи порой оказываются осуществимыми.

КОМПЕТЕНТНО

Юрий Курочкин, доктор физико-математических наук заведующий лабораторией теоретической физики Института физики имени Б.И. Степанова НАН:


— Значительность открытия гравитационных волн (а если уж быть совсем точным, то подтверждения их существования, предсказанного Альбертом Эйнштейном) состоит в двух вещах.

Во-первых, современная наука получила новый мощный метод исследования Вселенной. До недавних пор мы собирали данные в основном посредством анализа других параметров, например, электромагнитных или гамма-излучений. Тем не менее пока говорить о практическом применении этого открытия рановато — предстоит масса работы по изучению явления. Мы находимся в самом начале пути, который наверняка принесет и гораздо более интересные открытия.

Во-вторых, радует тот факт, что революционная в свое время Общая теория относительности, выдвинутая Эйнштейном, получает все больше и больше подтверждений своей правоты. А это значит, что развитие науки движется в правильном направлении.

ЛЮБОПЫТНО


Черная дыра — это область пространства-времени, масса (а следовательно, и гравитационное притяжение) которой настолько велика, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Если говорить образно, то это гигантский пылесос, всасывающий все вокруг. Теоретически возможность существования таких странных мест следует из некоторых уравнений Эйнштейна.

Однако немногие знают, что первым человеком, высказавшим подобную мысль, был английский священник из деревни Торнхилл в графстве Йоркшир Джон Митчелл, который жил в XVIII веке. Правда, он являлся еще и членом Лондонского королевского общества, а также серьезно занимался астрономией и оптикой. Так вот Митчелл предположил, что в космосе может существовать множество недоступных наблюдению объектов, которые он назвал “черными звездами”. Термин же “черная дыра” был впервые озвучен в 1967 году американским физиком Джоном Арчибальдом Уиллером.

bebenina@sb.by

Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
3.56
Загрузка...
Новости