Пошла волна

Кто бы ни писал об открытии, получившем в этом году Нобелевскую премию по физике, начинает, как правило, с Эйнштейна. Оно и немудрено. Именно он предсказал, что тела, обладающие заметной массой и двигающиеся с ускорением, возмущают ткань пространства-времени вокруг себя. Пространство и время начинают сжиматься и разжиматься, что порождает гравитационные волны, которые распространяются по всей Вселенной.

Теорию Эйнштейна ученые признали, но экспериментально доказать ее удавалось только в слабых полях. А вот достоверно зафиксировать гравитационные волны (что доказало бы правоту ОТО по отношению к сильным полям)  физики пытались многие десятилетия, но безуспешно. Пока в 2015 году это не удалось сделать с помощью гравитационных телескопов коллаборации LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Что и было отмечено Нобелевской премией.

Награду получили Райнер Вайсс из Массачусетского технологического института (за разработку детекторов гравитационных волн) и Кип Торн и Барри Бэришу из Калифорнийского технологического института Кип Торн является одним из главных теоретиков этой области и, по сути, инициатором проекта LIGO, а Бэриш - основателем и первым руководителем коллаборации. В ее работе участвовало гораздо больше ученых, было и две группы российских физиков, одну – из Института прикладной физики РАН - возглавлял нынешний президент РАН Александр Сергеев, вторую – из МГУ – Валерий Митрофанов. Но, как это обычно бывает, премию получили руководители коллаборации.

Надо сказать, что к моменту награждения участникам LIGO удалось достоверно зафиксировать еще несколько подобных событий - 25 декабря 2015 года, 4 января 2017 года и 14 августа 2017 года. А с началом работы третьего детектора в Италии (гравитационный телескоп европейской коллаборации VIRGO) их число должно ещё возрасти. Каждое событие, по мнению ученых, является гравитационной волной от слияния «черных дыр».

Проблемой подобного рода событий является то, что они не отслеживаются ни в каком другом диапазоне волн, а потому до сих пор остаются в определенной степени не идентифицированными: можно установить лишь сам факт столкновения и массу самих «дыр». Поэтому физики очень ждут регистрации гравитационных волн от какого-нибудь другого события, которое можно увидеть и в других диапазонах. Например, столкновение нейтронных звезд. И есть информация, что подобное событие уже было зафиксировано, но пока ее официального подтверждения нет.

Директор Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики физического факультета НГУ д.ф.-м.н. Александр Долгов Рассказывая о значении этого открытия на традиционной пресс-конференции, посвященной Нобелевским премиям в президиуме СО РАН, директор Междисциплинарного центра физики элементарных частиц и астрофизики физического факультета НГУ д.ф.-м.н. Александр Долгов подчеркнул несколько важных моментов.

– Подтверждением правоты Эйнштейна значение этих исследований не исчерпывается. Не столь давно все окна в астрономии были электромагнитные. Сначала лишь свет, потом все длины волн: радио, инфракрасные, ультрафиолет и так далее, все выше по энергии и короче по длине волны. В последние десятилетия появились телескопы, которые улавливают нейтрино. И вот сейчас к ним добавляются телескопы гравитационных волн. Причем, все это происходит на наших глазах. И как это часто бывает, новые прорывные результаты тут же ставят перед наукой новые проблемы, требующие решения.

В частности, это касается вероятно большого числа «черных дыр» в нашей Вселенной.

Ведь посмотрите, детекторы едва заработали, эту технологию еще нужно выстраивать, а уже зафиксировано несколько событий, объясняемых столкновениями «черных дыр». Через год-другой планируется увеличить чувствительность детектора LIGO в три раза. И объем видимой посредством гравитационных волн Вселенной вырастет в 27 раз, соответственно и частота обнаружения таких черных дыр, если они равномерно распределены по Вселенной, будет  в 27 раз чаще — практически каждый день.

Это говорит о большом количестве подобного рода объектов. И науке теперь предстоит понять, откуда их столько во Вселенной, почему двойные «черные дыры» ведут себя именно так и т.п. И это только один аспект. А еще реликтовые гравитационные волны - на сегодня для нас единственный след первых эпох истории Вселенной. И одновременно – они позволяют «разглядеть» те процессы, которые могут быть зафиксированы только с помощью гравитационных телескопов. Здесь мы возвращаемся опять к слиянию «черных дыр», но этим их возможности не ограничены.

– Известно, что в этой работе принимали участие и российские физики.

– Да, и участие нашей науки не ограничено только группами, которые непосредственно работали в коллаборации, кстати, среди них – два выпускника Новосибирского университета. Но ведущую роль в том, что этот эксперимент стал возможным, сыграл еще один выдающийся физик-теоретик, член-корреспондент РАН Владимир Брагинский. Именно на основе его работ была решена проблема фильтрации «галактического шума», без чего выделить нужный сигнал было бы практически невозможно.  Он также много лет проработал в составе коллаборации LIGO, при нем было зафиксировано первое событие, но, увы, в прошлом году он скончался. Но сами нобелианты в своих выступлениях отдавали дань его вкладу в работу проекта.

В дальнейшем Александр Долгов еще раз вернулся к теме наших соотечественников, заслуживших, на его взгляд, Нобелевскую премию, но так ее и не получивших.

– Если говорить о физиках Академгородка, то я могу привести два ярких примера. Первый – это Будкер и Скринский, создавшие ускорители, работающие на встречных пучках.

Говорят, когда Ландау впервые услышал про это, то засмеялся и сказал: «Ты хочешь бить вакуумом по вакууму и получить из этого какую-то информацию». Сегодня весь мир работает с ускорителями на встречных пучках, но сами авторы этого метода так и не были отмечены Нобелевской премией.

И второй случай, совершенно вопиющий на мой взгляд, связан с открытием эффекта асимптотической свободы – это очень важное свойство квантовой хромодинамики. Открытие было отмечено Нобелевской премией по физике в 2004 году, которую вручили американским ученым Дэвиду Гроссу, Фрэнку Вильчеку и Дэвиду Политцеру. Между тем, еще до них к таким же результатам пришли наши ученые – ныне покойный Дмитрий Терентьев из Института теплофизики и Иосиф Хриплович из Института ядерной физики. Мне в то время приходили периодически письма из Нобелевского комитета и я в своих ответах не раз указывал на значение их работы. Но в результате письма мне приходить перестали, а премия досталась американским ученым, хоть они и не были первыми.

Наталья Тимакова