Ученые в США подтвердили существование гравитационных волн, предсказанное почти сто лет назад общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Почему это открытие так важно и как оно было сделано - в материале ТАСС.
Что такое гравитационные волны?
- Гравитационные волны – это колебания ткани пространства-времени, которые разбегаются от массивных объектов, движущихся с переменным ускорением. Из-за относительной слабости гравитационных сил (по сравнению с прочими) волны имеют весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации. Похожим образом перемещающийся электрический заряд порождает волны электромагнитные, но только их гораздо легче зарегистрировать.
При чем тут Альберт Эйнштейн?
- Гравитационные волны предсказал Альберт Эйнштейн в рамках теории относительности еще сто лет назад, но все экспериментальные попытки их обнаружить заканчивались провалом. Даже сильные гравитационные волны вызывают небольшие изменения: объекты, удаленные друг от друга на расстояние метра, будут как бы колебаться на волнах пространства-времени и становиться то ближе, то дальше друг от друга на 10-18 - 10-23 м.
- Именно поэтому ученые рассчитывали обнаружить гравитационные волны только от очень тяжелых объектов вроде сталкивающихся галактик, вращающихся черных дыр или двойных звездных систем.
Как было сделано открытие?
- Поиск гравитационных волн активно велся примерно с 60-х годов прошлого века. Важный теоретический вклад в эту работу внесли советские ученые Михаил Герценштейн и Владислав Пустовойт, предложившие в 1962 году использовать в этих целях модифицированный интерферометр Альберта Майкельсона. Такой метод, однако, крайне сложен и дорог, так что долгое время ученые пытались использовать более экономичные инструменты.
- В коллаборации LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) для этого использовали наземные гравитационные телескопы — гигантские Г-образные антенны с длиной плеч по четыре километра. Внутри них в условиях высокого вакуума распространялись лазерные лучи, которые отражались от подвешенных в противоположных концах антенн зеркал. А поскольку гравитационная волна периодически растягивала и сжимала плечи телескопа, разные лучи, шедшие по разным оптическим путям, приходили на выход с небольшими задержками. Именно их в конечном счете и регистрировали экспериментаторы по возникающей при взаимодействии лучей характерной интерференционной картине.
- Из этих данных ученые сделали вывод об отклонении на уровне 10−19 м - сигнале, который свидетельствовал о прохождении гравитационной волны, порожденной системой двух черных дыр на расстоянии около 50 миллионов световых лет от Земли.
Когда было сделано открытие?
- Гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 13:51 по московскому времени одновременно двумя профильными обсерваториями - в штатах Луизиана и Вашингтон, а официально участники проекта LIGO объявили об открытии гравитационных волн 11 февраля 2016 года на пресс-конференциях, одновременно прошедших в Вашингтоне, Москве и других городах.
Что такое LIGO?
- Междурнародный проект LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Проект был предложен в 1992 году Кипом Торном, Рональдом Дривером из Калифорнийского технологического института и Райнером Вайсом из Массачусетского технологического института.
- Российские физики с самого начала участвовали в проекте LIGO по поиску гравитационных волн и получили важные результаты.
- Проект LIGO начался в 1992 году, в сложное для России время, но Россия подключилась к нему. Один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире - российский физик Владимир Брагинский - создал на базе физического факультета МГУ школу, воспитанники которой смогли активно участвовать в проекте, получить важные результаты.
- В экспериментах активно участвовали научные группы под руководством профессора физического факультета МГУ Валерия Митрофанова и члена-корреспондента РАН Александра Сергеева (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород).
Как устроена обсерватория LIGO. Фоторепортаж
Что значит открытие гравитационных волн?
- Открытие должно стать очередным подтверждением общей теории относительности и открыть путь к давней мечте физиков - созданию теории квантовой гравитации и, возможно, даже теории великого объединения, описывающей все виды физического взаимодействия в единых терминах и уравнениях.
- "Мы открываем новую эру - эру гравитационно-волновой астрономии. Это можно сравнить с появлением телескопа или радиоастрономии. У нас появился новый инструмент для исследования Вселенной", - считает один из участников проекта, руководитель группы "Когерентная микрооптика и радиофотоника" Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Городецкий.
- Эксперты считают это событие "открытием нобелевского масштаба", потому что оно означает решение столетней загадки.
Сколько стоило открытие?
- Общая стоимость проекта составила порядка $620 млн.
- Долгие годы на LIGO выделяли деньги без всякой уверенности, что эти вложения когда-либо окупятся. Более того, шанс, что ученым удастся поймать гравитационные волны, был ничтожным, но тем не менее год за годом финансирование продлевали. И, как оказалось, не зря: как это часто бывает в науке, благодаря "бесполезным" вложениям было совершено открытие, которое изменило наше представление о Вселенной.
Слияние двух черных дыр, при котором произошло очень большое излучение гравитационных волн
Caltech/MIT/LIGO Laboratory