ЧТО ПО­ДА­РЯТ НАМ ЧЕР­НЫЕ ДЫ­РЫ

Гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны уже на­ча­ли слу­жить че­ло­ве­че­ству

MK Estonia - - ПИФАГОРОВЫ ШТАНЫ - На­та­лья ВЕ­ДЕ­НЕ­Е­ВА.

Итак, де­тек­то­ры Ла­зер­ной ин­тер­фе­ро­мет­ри­че­ской гра­ви­та­ци­он­но-вол­но­вой об­сер­ва­то­рии (LIGO) в шта­тах Ва­шинг­тон и Лу­и­зи­а­на уло­ви­ли ко­ле­ба­ния про­стран­ства в ре­зуль­та­те со­бы­тия, про­изо­шед­ше­го да­ле­ко во Все­лен­ной 1,3 мил­ли­ар­да (!) лет на­зад. Две столк­нув­ши­е­ся чер­ные ды­ры со­еди­ни­лись в од­ну мас­сой 62 Солн­ца, вы­звав в про­стран­стве ко­ле­ба­ния — гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны. Мак­си­маль­ная мощ­ность из­лу­че­ния при этом ока­за­лась в 50 раз боль­ше, чем от всей ви­ди­мой Все­лен­ной.

Это очень впе­чат­ля­ет! Но че­ло­ве­че­ству все­гда на­до знать: а что ему от это­го от­кры­тия пе­ре­па­дет? Смо­жем ли мы как-то ис­поль­зо­вать гра­ви­та­цию в сво­их, зем­ных це­лях?

Гра­ви­тон при­ду­ман, но по­ка не най­ден

— По­ка все пред­по­ло­же­ния не вы­хо­дят за рам­ки фун­да­мен­таль­ной на­у­ки, — го­во­рит на­уч­ный ди­рек­тор РКЦ и участ­ник на­уч­ной кол­ла­бо­ра­ции LIGO в со­ста­ве груп­пы МГУ Ми­ха­ил ГО­РО­ДЕЦ­КИЙ, — но по преды­ду­ще­му опы­ту, на­коп­лен­но­му об­ще­ством за несколь­ко ве­ков, мы зна­ем, что лю­бое фун­да­мен­таль­ное на­прав­ле­ние мо­жет по­ро­дить мно­же­ство по­лез­ных ве­щей.

Помни­те, как это бы­ло два ве­ка на­зад, ко­гда Макс­велл сна­ча­ла пред­ска­зал элек­тро­маг­нит­ные вол­ны, а че­рез 25 лет по­сле это­го Герц впер­вые их за­фик­си­ро­вал, по­ста­вив в од­ном уг­лу ком­на­ты пе­ре­дат­чик, а в дру­гом — при­ем­ник. Мог ли он пред­по­ло­жить, что че­рез сот­ню лет спа­рен­ные при­ем­ни­ки-пе­ре­дат­чи­ки этих волн каж­дый вто­рой жи­тель Зем­ли бу­дет но­сить в соб­ствен­ном кар­мане? Сей­час си­ту­а­ция по­хо­жая: гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны об­на­ру­жи­ли, а во что это вы­льет­ся — по­ка ни­кто ска­зать не мо­жет. Сей­час мы мо­жем рас­суж­дать об их поль­зе толь­ко на уровне Все­лен­ной. Гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны — это «уши», ко­то­ры­ми мы мо­жем слу­шать, что про­ис­хо­дит в ее са­мых даль­них угол­ках. От­кры­тие это, без­услов­но, даст но­вый им­пульс для раз­ра­бот­ки тео­рии кван­то­вой гра­ви­та­ции.

— У кван­то­вой тео­рии и тео­рии гра­ви­та­ции мно­го про­ти­во­ре­чий — мо­жет, они во­об­ще несов­ме­сти­мы?

— Ско­рее, у нас ма­ло­ва­то дан­ных о гра­ви­та­ции. В том, что она по­рож­да­ет гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны, мы экс­пе­ри­мен­таль­но убе­ди­лись. Но не ви­дим, как гра­ви­та­ция свя­за­на с элек­три­че­ством, элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми, силь­ны­ми и сла­бы­ми вза­и­мо­дей­стви­я­ми меж­ду элек­тро­на­ми и про­то­на­ми. Все вза­и­мо­дей­ствия свя­за­ны кван­то­вой тео­ри­ей, кро­ме гра­ви­та­ции. И дав­но ви­та­ет идея «по­же­нить» гра­ви­та­цию и кван­то­вую тео­рию. Но для это­го на­до бы­ло бы тео­рию гра­ви­та­ции до­пол­нить зна­ни­я­ми. Есть тут еще сла­бые ме­ста. На­при­мер, всем вы­ше­ука­зан­ным ви­дам энер­гий со­от­вет­ству­ют кван­то­вые ча­сти­цы (для элек­тро­маг­нит­ной — это фо­то­ны), а ча­сти­цы, пе­ре­но­ся­щей гра­ви­та­цию (вол­ны ко­ле­ба­ний), по­ка нет. Ей при­ду­ма­ли по­ка де­жур­ное на­зва­ние — гра­ви­тон. Най­дем мы его или не най­дем — во­прос.

Дру­гое сла­бое ме­сто — на­ше по­ня­тие о чер­ных ды­рах. Что это та­кое? С точ­ки зре­ния тео­рии гра­ви­та­ции, ко­то­рая гла­сит, что боль­шие мас­сы схло­пы­ва­ют­ся в ма­лые объ­ек­ты, вро­де бы все пра­виль­но. Но чер­ная ды­ра — это ни­что, это точ­ка, в ко­то­рой ка­ким-то об­ра­зом по­ме­ща­ют­ся де­сят­ки (!) на­ших Солнц. Обы­ва­тель, ко­то­рый, сам то­го не ожи­дая, мыс­лит кван­то­вы­ми по­ня­ти­я­ми о Один из 4-ки­ло­мет­ро­вых ру­ка­вов «ло­вуш­ки» для гра­ви­та­ци­он­ных волн LIGO в США. том, что ве­ще­ство не мо­жет ка­нуть в ни­ку­да, ис­пы­ты­ва­ет смя­те­ние, нон­сенс.

По всей ви­ди­мо­сти, где-то воз­ле чер­ной ды­ры или внут­ри нее есть дру­гая жизнь, ко­то­рой мы еще не зна­ем. Аме­ри­кан­ский тео­ре­тик Сти­вен Хо­кинг уже сде­лал пер­вые пред­по­ло­же­ния о том, что ве­ще­ство все­та­ки мо­жет вы­ры­вать­ся из чер­ных дыр, но это по­ка толь­ко ни­чем не под­твер­жден­ная тео­рия.

Гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны по­мо­гут пред­ска­зать землетрясение

Ни­ла Арм­строн­га по воз­вра­ще­нии с Лу­ны спро­си­ли: «Что вы на­шли на Луне?» Он ска­зал: «Мы на­шли на Луне мно­го ма­лень­ких мик­ро­схем». То есть в про­цес­се под­го­тов­ки лун­ной мис­сии аме­ри­кан­ские тех­но­ло­ги сде­ла­ли очень рез­кий ры­вок впе­ред по ми­ни­а­тю­ри­за­ции элек­трон­ных устройств.

— Гло­баль­ные экс­пе­ри­мен­ты все­гда при­во­дят к раз­ви­тию тех­но­ло­гий, — го­во­рит Го­ро­дец­кий. — И мы мо­жем уже сей­час ска­зать, что при раз­ра­бот­ке гра­ви­та­ци­он­но­ла­зер­ных ан­тенн LIGO бы­ло так­же со­вер­ше­но мно­же­ство тех­но­ло­ги­че­ских про­ры­вов. На­при­мер, раз­ра­бо­та­ны но­вые, очень мощ­ные (в 200 ватт) и ста­биль­ные ла­зе­ры, очень силь­но про­дви­ну­лась тех­но­ло­гия из­го­тов­ле­ния зер­кал. Те 40-ки­ло­грам­мо­вые зер­ка­ла, что ис­поль­зо­ва­лись в экс­пе­ри­мен­те для от­ра­же­ния ла­зер­ных лу­чей, от­ли­ча­ют­ся от тех, в ко­то­рые вы смот­ри­тесь каж­дый день до­ма. Вме­сто од­но­го слоя ме­тал­ла (се­реб­ра или алю­ми­ния) у них — несколь­ко сло­ев ди­элек­три­ка (на­пы­ле­ния мо­ле­кул кри­стал­ли­че­ско­го ве­ще­ства). Они име­ют ко­эф­фи­ци­ент от­ра­же­ния 99,999 — по­чти пол­но­стью от­ра­жа­ют свет. Для то­го что­бы это­го до­бить­ся, на­до бы­ло это зер­ка­ло иде­аль­но за­по­ли­ро­вать, со­здав иде­аль­ную фор­му. — Ну и где она мо­жет при­го­дить­ся? — При со­зда­нии оп­ти­че­ских ин­стру­мен­тов, вы­со­ко­точ­ных при­бо­ров — от снай­пер­ской вин­тов­ки до кос­ми­че­ской свя­зи. Вот аме­ри­кан­цы, к при­ме­ру, уже «до­тя­ну­лись» при по­мо­щи по­доб­ных ла­зер­но-оп­ти­че­ских при­бо­ров до Лу­ны, а точ­нее, до ор­би­таль­но­го ап­па­ра­та, ко­то­рый во­круг Лу­ны вра­ща­ет­ся. — А у нас есть та­кая связь? — У нас то­же есть тех­но­ло­гии, но мы дав­но не ле­та­ем на Луну… Мало кто зна­ет, но имен­но наш, со­вет­ский уче­ный мог бы в свое вре­мя воз­гла­вить про­ект LIGO. Это Вла­ди­мир Бра­гин­ский. Его при­гла­ша­ли в США, но он не за­хо­тел ста­но­вить­ся дис­си­ден­том, а дру­го­го пу­ти не бы­ло.

Но вер­нем­ся к тех­но­ло­ги­ям. Для со­зда­ния ан­тенн де­тек­то­ра бы­ли раз­ра­бо­та­ны но­вые ме­то­ды свар­ки труб, по ко­то­рым за­пус­ка­ли ла­зер­ные лу­чи. Для то­го что­бы со­здать внут­ри этих труб иде­аль­ный ва­ку­ум, при­шлось ря­дом по­стро­ить элек­тро­стан­цию толь­ко для то­го, что­бы эти тру­бы про­гре­вать. Те­перь кос­ми­че­ский ва­ку­ум бу­дет со­хра­нять­ся там го­да­ми.

— А нель­зя гра­ви­та­ци­он­ной ан­тен­ной из­ме­рять что-то кро­ме гра­ви­та­ци­он­ных волн?

— Есть идея ис­поль­зо­вать де­тек­то­ры LIGO для из­ме­ре­ния сей­смо­сиг­на­ла. Они очень чув­стви­тель­ны и тео­ре­ти­че­ски мо­гут ока­зать по­мощь в де­ле пред­ска­за­ния зем- Но­вый при­бор гра­ви­метр вы­гля­дит по­ка так. ле­тря­се­ний и ис­сле­до­ва­ния внут­рен­не­го стро­е­ния Зем­ли.

Ко­гда ан­тен­на бу­дет ис­поль­зо­вать­ся бо­лее ак­тив­но, на ней так­же мож­но бу­дет про­ве­рить кван­то­вую тео­рию. — Ка­ким об­ра­зом? — Мы при­вык­ли, что кван­то­вая фи­зи­ка свя­за­на с чем-то бо­лее ми­ни­а­тюр­ным — ато­ма­ми, элек­тро­на­ми… Но, как ни стран­но, и 40-ки­ло­грам­мо­вые зер­ка­ла ве­дут се­бя кван­то­вым об­ра­зом, ко­гда мы неволь­но воз­му­ща­ем их во вре­мя из­ме­ре­ний очень ма­лых сме­ще­ний.

— «По­боч­ные эф­фек­ты» от изу­че­ния гра­ви­та­ци­он­ных волн — это, ко­неч­но, ин­те­рес­но и по­лез­но, но все-та­ки да­вай­те за­гля­нем в бо­лее от­да­лен­ное бу­ду­щее.

— Кто зна­ет, мо­жет, в бу­ду­щем, ес­ли мы овла­де­ем энер­ги­ей гра­ви­та­ции, это даст нам не­кие пер­спек­ти­вы для со­зда­ния сверх­све­то­вых ко­раб­лей. В спе­ци­аль­ной тео­рии от­но­си­тель­но­сти «за­пре­ще­но» дви­гать­ся быст­рее ско­ро­сти све­та, она пре­дель­на. Но, ве­ро­ят­но, су­ще­ству­ет воз­мож­ность ее обой­ти. Ес­ли мы пе­ред ле­тя­щей ра­ке­той на­учим­ся сжи­мать про­стран­ство за счет гра­ви­та­ции, как это про­ис­хо­дит в чер­ной ды­ре, а по­за­ди ра­ке­ты — рас­ши­рять это про­стран­ство, то ко­неч­но, объ­ек­ты Все­лен­ной ста­нут для нас бли­же.

Спут­ни­ко­вые на­ви­га­то­ры за­ме­нит гра­ви­метр

На­по­сле­док в РКЦ мне рас­ска­за­ли про один ин­те­рес­ный про­ект, свя­зан­ный с гра­ви­та­ци­ей, но не с гра­ви­та­ци­он­ны­ми вол­на­ми. Здесь сов­мест­но с Фи­зи­че­ским ин­сти­ту­том им. Ле­бе­де­ва РАН ра­бо­та­ют над со­зда­ни­ем гра­ви­мет­ра — при­бо­ра, опре­де­ля­ю­ще­го ме­сто­по­ло­же­ние че­го-ли­бо или ко­го-ли­бо не по спут­ни­ко­вым дан­ным, а по зем­ной гра­ви­та­ции, уcко­ре­нию G, ко­то­рое, ока­зы­ва­ет­ся, в каж­дой точ­ке зем­но­го ша­ра име­ет раз­ное зна­че­ние.

Это толь­ко на школь­ных уро­ках фи­зи­ки нам го­во­ри­ли, что уско­ре­ние G на Зем­ле вез­де оди­на­ко­во и рав­но 1 G. Это вер­но, но толь­ко ко­гда мы го­во­рим о це­лых зна­че­ни­ях это­го по­ка­за­те­ля.

К при­ме­ру, при 1G ша­рик, бро­шен­ный со 100-мет­ро­вой вы­со­ты, бу­дет па­дать на зем­лю 4,5 се­кун­ды и до­стиг­нет ско­ро­сти в 159 км/ч. Но при бо­лее тон­ких из­ме­ре­ни­ях (к при­ме­ру, до 10 в ми­нус 17 сте­пе­ни G) ско­рость при­зем­ле­ния ша­ри­ка бу­дет от­ли­чать­ся в за­ви­си­мо­сти от ме­ста при­зем­ле­ния. Вли­я­ют на это гра­ви­та­ци­он­ные ано­ма­лии, вы­зван­ные неод­но­род­но­стью зем­ной по­верх­но­сти, ее плот­но­сти на раз­ных участ­ках.

— К при­ме­ру, в овра­ге мас­са и плот­ность Зем­ли мень­ше — зна­чит, и си­ла при­тя­же­ния объ­ек­та бу­дет мень­ше, — по­яс­ня­ет со­труд­ник РКЦ Ев­ге­ний ПА­РА­МО­НОВ. — И на­обо­рот, го­ра, об­ла­да­ю­щая боль­шей плот­но­стью, при­даст объ­ек­ту до­пол­ни­тель­ное уско­ре­ние. Что­бы по­чув­ство­вать мель­чай­шие из­ме­не­ния ре­лье­фа, ну­жен вы­со­ко­точ­ный при­бор, над ко­то­рым мы и ра­бо­та­ем.

— На чем ос­но­ван прин­цип его дей­ствия?

— На тех­но­ло­гии уско­ре­ния хо­лод­ных ато­мов. Ко­гда мы охла­жда­ем их до мик­ро­кель­ви­нов (при­мер­но -273 гра­ду­са Цель­сия), они на­чи­на­ют ра­бо­тать, с вы­со­кой точ­но­стью от­ме­ряя раз­ни­цу уско­ре­ния в лю­бой точ­ке Зем­ли. Помни­те при­мер с ша­ри­ком, бро­шен­ным на Зем­лю? Так вот, в на­шем слу­чае для бо­лее точ­но­го из­ме­ре­ния G мы «под­бра­сы­ва­ем» и фик­си­ру­ем ско­рость при­тя­же­ния охла­жден­ных ато­мов.

— Неволь­но на­пра­ши­ва­ет­ся во­прос: за­чем нам гра­ви­мет­ры, ес­ли есть уже GPS и ГЛОНАСС?

— Во-пер­вых, гра­ви­мет­ры бу­дут бо­лее точ­ны­ми — объ­ек­ты они ста­нут на­хо­дить с точ­но­стью до 1 мет­ра (у GPS и ГЛОНАСС точ­ность опре­де­ле­ния ме­сто­по­ло­же­ния се­го­дня со­став­ля­ет око­ло 10 мет­ров). Но да­же ес­ли к мо­мен­ту со­зда­ния пор­та­тив­ных гра­ви­мет­ров по­ка­за­те­ли их точ­но­сти и точ­но­сти дру­гих на­ви­га­ци­он­ных устройств срав­ня­ют­ся — все рав­но пре­иму­ще­ство бу­дет за гра­ви­мет­ра­ми. Они ока­жут­ся бо­лее неза­ви­си­мы­ми от все­воз­мож­ных ра­дио­по­мех и ди­вер­сий.

— На За­па­де то­же за­ни­ма­ют­ся их раз­ра­бот­кой?

— Да. В Ан­глии и в Аме­ри­ке в та­кие стар­та­пы вкла­ды­ва­ют де­сят­ки мил­ли­о­нов дол­ла­ров и ев­ро. И гра­ви­мет­ры у них уже по­яви­лись — прав­да, по­ка в ла­бо­ра­тор­ном ис­пол­не­нии. Компактных при­бо­ров нет ни у ко­го.

— Нам до ла­бо­ра­тор­но­го ва­ри­ан­та да­ле­ко?

— К со­жа­ле­нию, у нас этой до­воль­но слож­ной тех­но­ло­гии уде­ля­лось недо­ста­точ­но вни­ма­ния и фи­нан­си­ро­ва­ния, а по­то­му мы, есте­ствен­но, немно­го от­ста­ли. Но мы не опус­ка­ем рук и ста­ра­ем­ся на­вер­стать упу­щен­ное.

Слож­но да­же пред­ста­вить как. По­чти так же неве­ро­ят­но слож­но бы­ло бы немец­ко­му фи­зи­ку Ген­ри­ху Гер­цу, впер­вые за­ре­ги­стри­ро­вав­ше­му в кон­це XIX ве­ка элек­тро­маг­нит­ные вол­ны, пред­ста­вить се­бе мо­биль­ный те­ле­фон, ра­бо­та­ю­щий на ба­зе элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния. Но мы все же ре­ши­ли при­от­крыть ок­но в бу­ду­щее и — спу­стя ме­сяц по­сле офи­ци­аль­но­го объ­яв­ле­ния об от­кры­тии — вме­сте со спе­ци­а­ли­ста­ми из Рос­сий­ско­го кван­то­во­го цен­тра (РКЦ) по­раз­мыш­лять о том, за что уже в бли­жай­шие де­ся­ти­ле­тия мы смо­жем ска­зать спа­си­бо пер­во­от­кры­ва­те­лям гра­ви­та­ци­он­ных волн.

ОТ­КРЫ­ТИЕ ВЕ­КА — ГРА­ВИ­ТА­ЦИ­ОН­НЫЕ ВОЛ­НЫ — МО­ГУТ ИЗ­МЕ­НИТЬ НА­ШУ ЖИЗНЬ. Искрив­ле­ние про­стран­ства

в ре­зуль­та­те столк­но­ве­ния двух чер­ных дыр.

Newspapers in Russian

Newspapers from Estonia

© PressReader. All rights reserved.