http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=015366bc-7da5-4233-9a61-44d3a981b04c&print=1© 2024 Российская академия наук
"Чаепития в Академии" — постоянная рубрика "Правды.Ру". В ней мы публикуем интервью писателя Владимира Губарева с академиками. Сегодня его собеседник — академик РАН, доктор физико-математических наук, директор Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН, заведующий кафедрой оптико-электронных приборов научных исследований МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученый-физик Владислав Пустовойт.
Что же все-таки происходит в глубинах Вселенной?
Вопрос этот мучает астрофизиков с того самого дня, когда Альберт Эйнштейн создал свою теорию относительности, показав, что мир вокруг нас совсем иное, чем человечество представляло ранее.
Какой же он?
Физик соединил пространство, время, скорость света, прошлое и настоящее, и в этом хаосе предложил разобраться потомкам, намекнув, что существует "подсказки", которые приходят из глубин Вселенной. Имя этим "подсказкам" — гравитационные волны, мол, только они способны открыть извечные тайны мироздания, пояснив откуда мы и почему живем на этом свете.
На поиск этих волн физики разных стран потратили сто лет!
Впрочем, один из них — Владислав Пустовойт — вдвое меньше. Еще пятьдесят с лишним лет назад он вместе с М. Е. Герценштейном предсказали, как именно можно обнаружить и зафиксировать гравитационные волны. Физик-теоретик тогда работал в знаменитом ФИАНе, где вполне хватало ученых, которые по достоинству могли оценить предложения их молодого коллеги. Они оценили, но тут же остудили его пыл, объяснив, что создать столь уникальные инструменты, как гигантский интерферометр, пока нет возможности.
Лишь через 50 лет предсказание стало реальностью!
Как и положено в классической науке, академик Владислав Иванович Пустовойт начинает с истоков:
— В истории физики и науки в целом мы сегодня переживаем волнующий момент: экспериментально открыты гравитационные волны. Прежде всего, я хочу сказать, что ученые России немало сделали, чтобы это случилось. Рождение идеи, теоретические и экспериментальные ее подтверждения — это очень интересная и увлекательная история, к которой причастны многие выдающиеся физики. Все началось с Альберта Эйнштейна. Общие вопросы теории относительности и привели к мысли, что существуют гравитационные волны. Это случилось в 1916 году. Два года он активно работал, пытаясь обосновать свою теорию. Не удалось. И тогда Эйнштейн заявил, что ошибается. Однако вскоре вернулся к своим идеям, понимая, что ошибся, когда заявил о своей ошибке.
На мой взгляд, после этих слов академика В. И. Пустовойта следует обратиться к самому Эйнштейну, чтобы понять, насколько ему было тяжело понимать все особенности собственной теории. Он писал так: "Наука как нечто существующее и полное является наиболее объективным и внеличным из всего, что известно человеку. Однако наука как нечто, еще только зарождающееся, или как цель столь же субъективна и психологически обусловлена, как и все другие стремления людей. Именно этим объясняется то, что на вопрос о цели и сущности науки в разные времена разные люди давали самые различные ответы".
Эйнштейн сомневался всю жизнь в своих открытиях. Однако постоянно возвращался, вплоть до своего исхода, к гравитации и гравитационным волнам. Впрочем, как и все крупные физики ХХ века — уж слишком заманчива и прекрасна казалась им эта идея!
— Итак, что из себя представляют гравитационные волны? — продолжает академик В. И. Пустовойт. — Допустим, пространство и время — это сеточка, раскинутая по Вселенной. Если на ней появляется массивное тело, то сеточка прогибается. И в этот момент происходит излучение гравитационных волн. Это очень слабенькие волны. Конечно, на большом расстоянии от места события, а в его эпицентре излучение огромное.
— И как физики представляют это явление?
— По-разному. Проводились сложные расчеты, выдвигались разные гипотезы. Очень интересовался этими явлениями академики Ландау, Лифшиц, Фок, Зельдович. Это классики, и они заложили основы понимания многих аспектов теории относительности. И, конечно же, академик Гинзбург. Я его ученик, принадлежу к его научной школе. Там в ФИАНе и сегодня продолжаются работы в этой области.
Здесь уместно, на мой взгляд, привести некоторые мысли Виталия Лазаревича Гинзбурга, которые связаны с проверкой идей общей теории относительности (ОТО — как обозначал ее академик в своих работах).
"Экспериментальная проверка ОТО в слабых и сильных полях продолжается и будет продолжаться, — писал Нобелевский лауреат. — Самым интересным было бы, конечно, обнаружение хотя бы малейших отклонений от ОТО в неквантовой области. Мое интуитивное суждение состоит в том, что в неквантовой области ОТО не нуждается ни в какой коррекции (впрочем, возможна необходимость каких-то изменений в сверхсильных гравитационных полях…)… С самого начал ХХ1 века развернется прием гравитационных волн на ряде строящихся сейчас установок, в первую очередь, на LIGO в США. Прежде всего, по-видимому, будут приниматься импульсы, образующиеся при слиянии двух нейтронных звезд. Возможно, и даже очень вероятны, корреляции с гамма-всплесками, а также нейтронным излучением высокой энергии. В общем, родится гравитационно-волновая астрономия".
Свои выводы В. Л. Гинзбург сделал во многом благодаря тому, что его ученики весьма успешно работали в этой области, и на знаменитых семинарах в ФИАНе, которые сначала вел И. Е. Тамм, а потом В. Л. Гинзбург, проблемы "ловли" гравитационных волн обсуждались несколько раз.
И самое удивительное (или вполне естественное!) академик Гинзбург оказался провидцем: именно на этих установках были зафиксированы гравитационные волны.
— В 1993 году, наблюдая за двойным пульсаром, астрофизики впервые получили косвенное доказательство существования гравитационных волн, — продолжает свой рассказ академик Пустовойт. — Удалось ответить на важнейший вопрос: какова скорость этих волн? Оказалось, что скорость распространения гравитационных волн равна скорости света.
— А где именно они рождаются?
— Впервые академик Владимир Фок обратил внимание на то, что во время космологических катастроф — там, где участвуют большие массы тел, будь то столкновение черных дыр или слияние нейтронных звезд, может происходить сильное излучение и возникают гравитационные волны. Двойной пульсар также может излучать гравитационные волны, и теоретики это доказали.
— Как же можно это наблюдать?
— Первый приемник гравитационного излучения в начале 60-х годов прошлого столетия построил Джозеф Вебер. Это алюминиевый цилиндр, на него наклеиваются пьезоэлектрические датчики. Ученый надеялся, что волны вызовут колебания цилиндра, и их можно будет зафиксировать. Вебер много лет потратил на то, чтобы разработать самые разные резонансные антенны. К сожалению, его преследовали неудачи. Однако метод его исследований признан и развивается разными н научными группами. Резонансные антенны — очень сложные сооружения. Их работает в мире, по-моему, около пяти. Есть в Америке, в Швейцарии, в Голландии… Однако они могут принимать волны лишь на узкой частоте, но тем не менее они существуют и работают. Попытки с их помощью обнаружить гравитационные волны не прекращаются.
— Вы пошли иным путем?
— Да, сегодня широко используются лазерные интерферометры. Идея их применения принадлежит Герценштейну и вашему покорному слуге. Мы в 1962-м году опубликовали работу, в которой было сказано, что нужно брать интерферометр Майкельсона, лазеры, две антенны и так далее. Вебер в августе 63-го года прочитал нашу работу и поручил своему студенту сделать первый интерферометр. Оказалось, что новый прибор не уступает резонансным антеннам. И тогда началась интенсивная экспериментальная работа.
— В чем же основная идея интерферометра?
— Луч лазера попадает на делитель, расщепляется на две составляющих, затем луч попадает на фотоприемник, и там вы наблюдаете, произошло ли изменение "картинки". Чувствительность такого интерферометра прямо пропорциональна длине плеч. Сегодня "плечо" прибора в США четыре километра, что позволяет измерять с точность десять в минус семнадцатой сантиметра. Это приблизительно одна десятитысячная размера протона! Фантастика! Именно такое перемещение луча лазера можно зафиксировать…
— Проще говоря, отклонился луч лазера на ничтожно малую величину, и это уже на фотоприемнике?
— Конечно.
— Это намного сложнее, чем искать иголку в стоге сена?
— Можно сказать точнее: несколько атомов из той иголки! В Луизиане на юге США построен такой уникальный интерферометр. Это четырехкилометровая труба, в которой откачен воздух до глубокого вакуума. В ней идет лазерный луч, потом он отражается от зеркал и возвращается в центральное здание, где и происходит наблюдение за интерференцией. Сооружение уникальное, очень дорогостоящее. Здесь используются самые современные технологии. На севере Штатов был построен второй интерферометр.
— Только в Америке такие приборы?
— Нет, есть еще неподалеку от знаменитой Пизы в Италии, в Германии, строятся в Китае, Японии и других странах. Я был в Италии, и установка произвела, конечно, неизгладимое впечатление. Это 3-хкилометровая труба, сделанная из нержавейки, толщиной 1,2 мм. Есть специальные сифоны, которые "ликвидируют температурные деформации. Красивый прибор, впечатляет! Долго не могли они обеспечить нужный вакуум. Там стоит 16 станций, которые откачивают воздух. Один из них работал с дефектом, и более месяца потребовалось специалистам, чтобы его ликвидировать. Ну и совсем казусный случай. Прибор настолько точный, что всего лишь один таракан привел его в негодность. Таракан каким-то образом попал внутрь трубы, он "газил", и измерения искажались. Я это говорю для того, чтобы было ясно, насколько сложен современный интерферометр.
— А что у нас?
— Два года назад приезжали итальянцы, они предложили нам помощь в строительстве интерферометра на территории России. Дело в том, что без этого невозможно перекрыть всю сферу — между Европой и Японий нет таких инструментов, вот и образуется своеобразное "белое пятно". Предложение итальянцев, которые готовы были передать нам некоторые технологии, конечно же, было очень заманчивым, но в правительстве нам сказали, что денег нет… Обидно, конечно! Во всем мире создаются такие уникальные приборы. Строит Китай, строит Австралия… Уже первые наблюдения в США показали, что мы имеем дело с очень интересным явлением.
— Все-таки сомнения остаются или уже нет?
— Получены два сигнала — на севере и юге США. Так что сомнений нет. Сигнал длился приблизительно 0,2 секунды. За это время частота меняется от 25 герц до 250-ти. Это говорит о том, что две массы, излучающие гравитационные волны, сближаются. Тот факт, что это было сделано одновременно на двух интерферометрах, говорит о направлении, откуда шло излучение. Это было первое наблюдение в истории. Таким образом, в астрофизике произошел большой скачок. Сомнений нет, так как эксперимент полностью подтверждает теоретические расчеты.
— И что же все-таки произошло, что именно породило эти гравитационные волны?
— Встретились две "черные дыры". Одна с массой порядка 36 наших солнц, а другая около 29-ти. Они сблизились, случился коллапс, произошло излучение гравитационных волн. Энергия большая, было потеряно три солнечных массы.
— То есть масса перешла в энергию?
— Да, в полном соответствии с теорией Эйнштейна. На сегодняшний день, то есть на лето 2017 года, таких событий зафиксировано три. Произошло первое на расстоянии один и три десятых миллиарда световых лет, а последнее случилось на расстоянии 3 миллиарда световых лет.
— Далековато все происходит. К счастью… Иначе от нас ничего бы не осталось — катастрофы поистине космические!… Ученым, безусловно, радостно анализировать такие события во Вселенной, но что это дает нам, обывателям?
— Во-первых, мы получили подтверждение верности выводов теории относительности. Конечно, существуют и другие доказательства ее истинности, но существование гравитационных волн расширяет ее возможности на целый ряд физических особенностей, по которым у теоретиков оставались сомнения. Теперь уже их нет. Во-вторых, это новый канал получения информации о Вселенной. Трудно было представить, сколь велики — я даже сказал бы "величественны"! — процессы, происходящие в звездном мире. Та же "черная дыра" летит навстречу другой со скоростью равной половине скорости света, и теперь мы можем это наблюдать! Фантастика какая-то! Но ведь это уже реальность…
— Можно использовать банальный образ: "открыто новое окно во Вселенную", не так ли?
— Да, это так. В будущем появятся новые интерферометры более чувствительные, и объем информации резко увеличится. Если сейчас мы фиксируем событие раз в полгода, то в недалеком будущем это будет происходить раз в месяц. И жизнь Вселенной, неведомая нам до сих пор, откроется по-новому.
После этих слов академика В. И. Пустовойта мне хочется вернуться к размышлениям его Учителя академика В. Л. Гинзбурга, который в свою очередь четко обозначил, откуда "пошла современная физика". Конечно же, от Альберта Эйнштейна! Именно о нем Виталий Лазаревич писал так:
"Альберт Эйнштейн был личностью совершенно исключительной, великим среди великих. Для меня лично, более того, он вообще занимает, безусловно, первое место в истории науки и даже всей человече6ской культуры. Здесь, конечно, существенно то, что как физик я могу оценить главные заслуги Эйнштейна — его вклад в физику и, собственно, во всем естествознание… Создание общей теории относительности, решающая роль в построении специальной теории относительности, замечательные работы в области квантовой теории и статистической физики — все это сделал Эйнштейн, и без этого современная физика немыслима. Когда речь идет о людях такого масштаба, время рождения представляется не столь важным. В любую эпоху перед физикой стояли и сегодня стоят великие и жгучие проблемы. Для талантов может оказаться весьма существенным, если они созревают и "оказываются на месте" в подходящий момент, но гений сам прокладывает совсем новые пути, хотя и опирается на своих предшественников".
Поистине — гении всегда современники любых поколений, а потому в дни великих открытий, таких, как фиксация гравитационных волн, мы вспоминаем тех, кто начинал путь во Вселенную и кто упорно и последователь шел в ее глубины.
Владимир Губарев, Правда.ру