Нобелевская премия по физике – почему важны гравитационные волны

03.10.2017 21:43 0

Нобелевская премия по физике – почему важны гравитационные волны

Лауреатами Нобелевской премии по физике стали Райнер Вайсс, Барри Бэриш и Кип Торн «за решающий вклад в LIGO детектор и наблюдение гравитационных волн». Подробнее об открытии – Алексей Паевский.

История любит повторы. История науки – тоже. Ситуация с Нобелевской премией по физике 2016-2017 годов «под копирку» воспроизводит ситуацию с премией 2012-2013 годов. Тогда те, кто не знаком с внутренней кухней премии, прочили ее Питеру Хиггсу в 2012 году за открытие его бозона, те, кто знал, что окно номинаций закрывается в январе, утверждали, что Нобелевка будет в 2013 году – и были правы.

В нынешнем году – та же история. В феврале 2016 года международная коллаборация LIGO объявила, что ими впервые в истории были зарегистрированы гравитационные волны. Одни – те, кто не знаком с процедурой – ждали премию Кипу Торну со товарищи в 2016 году, вторые – в 2017-м. Так и вышло: половину Нобелевской премии (4,5 миллиона шведских крон – примерно полмиллиона долларов) получит Райнер Вайсс, а оставшуюся половину разделят (по 2,25 млн) Барри Бэриш и знаменитый Кип Торн, первый человек в истории, который сумел «раскрутить» для популяризации науки Голливуд, использовав для этой цели фильм «Интерстеллар».

Райнер Вайсс родился в 1932 году в Берлине. В 1962 году он получил степень Массачусетского технологического института, где и работает до сих пор. Барри Бэриш родился в американском городе Омаха в 1936-м. В 1962 году он защитил диссертацию в Калифорнийском университете в Беркли, сейчас работает в Калифорнийском технологическом институте (Калтех). Кип Торн родился в 1940 году в американском городе Логан. В 1965-м получил степень PhD Принстонского университета, сейчас также работает в Калтехе.

Нужно сразу сказать, что, если бы премию вручали в 2016 году, состав номинантов мог бы быть иным: дело в том, что сегодня назвали имена двух идеологов и основателей коллаборации и ее руководителя Барри Бэриша. Еще один основатель LIGO, получивший очень престижную премию Грубера по космологии – Рональд Древер – до своей Нобелевки не дожил: он скончался в марте 2017 года.

Итак, что же такое гравитационные волны, почему они так важны и как устроена гравитационная обсерватория LIGO?

Нобелевская премия по физике – почему важны гравитационные волны

Для начала нам нужно вспомнить Альберта Эйнштейна и его Общую теорию относительности, сформулированную в 1915 году. Согласно Эйнштейну, гравитация представляет собой искривление пространства-времени. Поэтому если какая-то масса движется с ускорением (причем – не с любым, физики скажут – «с нарушением квадрупольного момента»), то по пространству-времени начинает бежать рябь – гравитационные волны. Я, когда набираю этот текст, тоже образую гравитационные волны, шевеля пальцами. Но эти волны вряд ли реально зарегистрировать, да и толку от них особо никакого.

Совсем другое дело, когда два массивных небесных тела очень тесно и очень быстро вращаются вокруг общего центра масс. Например – две черные дыры, каждая в несколько десятков солнечных масс, постепенно приближаясь друг к другу. Незадолго до того, как они сольются, они будут вращаться очень быстро – а соединившись, выделять в гравитационных волнах столько энергии, что появится шанс их «увидеть» на Земле.

Но как поймать колебания самого пространства? Если оно меняет свою геометрию, то и луч света будет искривляться. И это наш шанс. Этап первый – зафиксировать саму волну. Это делается при помощи лазерного интерферометра: в длинном L-образном вакуумном тоннеле с плечами по четыре километра много раз туда-сюда «бегает» между зеркалами лазерный луч, взаимодействуя (интерферируя) сам с собой. Если через такой детектор пройдет мощная гравитационная волна, то тогда интерференционная картинка нарушится. Но мало ли что вызывало такое нарушение. Поэтому в обсерватории LIGO (а название и расшифровывается как «лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) и создано два детектора, отстоящих друг от друга на 3002 километра.

Гравитационные волны распространяются со скоростью света. Значит, если у нас действительно гравитационная волна, то оба детектора должны зафиксировать одинаковую картинку с интервалом от нуля (фронт волны шел строго параллельно линии, соединяющей детекторы) до десяти микросекунд (фронт волны перпендикулярен). Характер пришедшей серии волн и время задержки могут нам сказать многое – и о направлении, где произошло катастрофическое событие, и о его характере. Сейчас к LIGO присоединилась европейская обсерватория VIRGO – и теперь, по трем точкам на разных сторонах земного шара, локализовать событие на участке неба можно будет точнее.

Нобелевская премия по физике – почему важны гравитационные волны

Первое такое событие зарегистрировали 14 сентября 2015 года. Две черные дыры, 29 и 36 солнечных масс, вращаясь, приближались все ближе и ближе, в итоге образовав черную дыру в 62 солнечных массы.

Вы заметили, что итоговая масса черной дыры не равна сумме масс слившихся объектов? За несколько десятых секунд в энергию гравитационных волн превратилось три массы Солнца. Это чудовищная энергия (вспомним формулу Эйнштейна E=mc2 – там «с» – это скорость света, сама по себе немалая, а тут она в квадрате). Неудивительно, что гравитационное эхо от такого события мы увидели с расстояния в 1,3 миллиарда световых лет.

Фактически гравитационные волны и гравитационно-волновая астрономия – это последнее «окно во Вселенную», которое открыли современные физики. Теперь мы можем изучать мироздание и в этой области. Как говорят эксперты, за гравитационные волны в будущем вручат еще не одну Нобелевку.

Источник

Следующая новость
Предыдущая новость

Игровые аппараты на деньги для ваших эмоциональных досугов Игровые автоматы Вулкан онлайн На легендарном крейсере "Аврора" заново открыли православный храм Азартные игры в онлайн-казино ДжойКазино Игровые автоматы Вулкан для ваших приятных времяпровождений

Православная лента