сложной была задача регистрации гравитационных волн!
Сначала гравитационные волны пытались ловить, измеряя деформации большого металлического цилиндра. Первый детектор подобного типа был построен Джозефом Вебером в 1960 году. Но, как вы уже, вероятно, смогли догадаться, обнаружить столь малые деформации ему не удалось.
Всего через два года после первых опытов Вебера, в 1962 году, два советских физика, Михаил Герценштейн и Владислав Пусто-войт, предложили принципиально иной способ регистрации сверхмалых смещений, используя для этого лазерный интерферометр. Луч света в интерферометре огромное количество раз путешествует туда и обратно между двумя зеркалами, в результате чего сдвиг фазы света, вызванный смещением одного из зеркал, многократно нарастает. Именно этот способ и был использован в решающем эксперименте. Зависимость сдвига фазы света от времени совпала с расчетом того, как он должен себя вести, находясь в поле гравитационной волны, порожденной в процессе слияния двух черных дыр. Это как если бы, например, никто никогда не слышал звука скрипки, но у исследователей был бы чертеж скрипки и они бы просчитали, какой звук, с каким тембром, с какими гармониками она должна издавать. После этого кто-то принес бы запись звука и его смогли бы идентифицировать именно как звук скрипки, а не альта и не виолончели, и тем более не трубы или рояля.
Черные дыры — очень простые объекты. Эволюция двойной системы черных дыр до момента слияния занимает миллиарды лет, за это время их орбиты приближаются к круговым, и перед последним актом у нас остаются только два параметра: массы черных дыр. Продолжая аналогию с музыкальными инструментами, сумма (M1 + М2) определяет, что это за инструмент: скрипка, альт, виолончель или контрабас, а отношение (M1/M2) определяет, какая струна звучит.
По форме полученной кривой, по ее временному поведению, были вычислены массы черных дыр, а затем — расстояние до точки события, которое оказалось равным 1,3 млрд световых лет, и примерное направление прихода сигнала. Решение уравнений общей теории относительности для так называемых «слабых» гравитационных волн — а именно они излучаются в описанном процессе — дает скорость их распространения, равную скорости света.
В существовании гравитационных волн уже давно никто не сомневался, потому что за истекшие годы было открыто несколько космических объектов, например двойных пульсаров, поведение которых полностью объясняется процессом излучения гравитационных волн. Вопрос стоял только в том, чтобы наконец поставить точку в этой задаче, зафиксировав гравитационные волны в наземной лаборатории. Возвращаясь к аналогиям: еще Галилей предсказывал отклонение снарядов силой Кориолиса (понятно, что он не называл ее этим словосочетанием). Но кучность стрельбы тогдашних орудий и скорости ядер не позволяли экспериментально проверить это предсказание. Спустя сто лет уже никто не сомневался в существовании отклоняющей силы, но обнаружить ее экспериментально по-прежнему не удавалось. Когда же наконец это удалось, это было уже не открытие, а лишь формальное подтверждение давно признаваемого факта. Примерно то же самое произошло и с обнаружением гравитационных волн.
Как это будет
Март взглянул на небо.
— Да, вот они, звезды, — сказал он. — Я всегда хотел добраться до звезд. Теперь, когда у нас есть антигравитация…
— Вы можете полететь к звездам, если захотите.
Раймонд Джоунс. Уровень шума
Слабость гравитационного взаимодействия делает задачу его изучения чрезвычайно сложной. Из-за этого гравитационная постоянная является одной из наименее точно измеренной физических констант; сегодня мы можем с уверенностью говорить только о трех десятичных знаках ее значения. Но в далеком будущем эти исследования могут подарить человечеству новый технологический прорыв — искусственную гравитацию.
Незадолго до сообщения об обнаружении гравитационных волн профессор Андре Фюзфа из Намюрского университета в Бельгии предложил провести эксперимент по созданию искусственного гравитационного поля, которое можно было бы включать и выключать поворотом рубильника. И хотя в предложенном виде эксперимент невероятно трудоемок, он тем не менее вполне осуществим и открывает нам путь к реальному управлению гравитацией.
Прежде всего, очевидно, что для этого понадобится невообразимое количество энергии. Грубо говоря, для того, чтобы искусственно создать гравитационное поле, сравнимое с тем, которое создает Земля, необходима энергия, которая выделяется при аннигиляции Земли — 5 х 1041 Дж! При таком подходе мы рискуем оказаться в положении мистера Лунда и профессора Болваниуса: «Где мы, сэр?» — «В эфире». «Гм… Если в эфире, то чем же мы дышать будем?» — «А где сила вашей воли, сэр Лунд?» (Чехов А. П. «Летающие острова»).
По-прежнему открытым остается вопрос возможности искусственного создания «кротовых нор» (не говоря уже о принципиальной возможности их существования). В принципе, уравнения Эйнштейна допускают нетривиальные решения в пустом пространстве, то есть такие решения, при которых искривленное пространство-время существует в отсутствие искривляющего его вещества. Одним из таких решений являются открытые недавно гравитационные волны. А вот со стационарными решениями проблема. Такие решения найдены только в пространствах более высоких размерностей.
Получается, что для создания антигравитационного привода нам нужно развернуть скрытые измерения, а это, в свою очередь, приведет к уничтожению тех элементарных частиц, из которых мы состоим, уничтожению Вселенной и прекращению существования журнала «Если» в его нынешнем формате.
Другая же проблема заключается в том, что создание «кротовых нор» нарушит связность пространства, а это приведет к нарушению причинности, а значит, к созданию машины времени со всеми сопутствующими ей парадоксами и массовой путаницей с нашими бабушками и дедушками.
Итак, перед нами три дороги. Три возможных пути.
Первый путь — пассивный. Это самая печальная перспектива. Мы никогда не получим в свое распоряжение столько энергии, сколько нужно для активного управления гравитацией, и все, что нам останется — использовать то, что есть, а именно: существующие гравитационные поля и, возможно, «кротовые норы». Это фантастика «ближнего прицела» — использование гравитационного маневра (это мы умеем делать уже сегодня) и в лучшем случае путешествия в духе фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар». Я очень надеюсь, что мы пойдем другим путем!
Станислав Лем «Возвращение со звезд», 1961
Проблема «мирной смерти» от несчастного случая, например на транспорте, была грозой моего времени.
Парастатика, гравитационная техника, принесла решение столь же неожиданное, сколь и необходимое, ибо мир бетризованных должен был стать миром абсолютной безопасности; иначе биологическое совершенство этой меры повисало в воздухе.
Суть этого открытия можно было выразить только с помощью математики, добавлю сразу: дьявольской. Наиболее общее решение, пригодное «для всех мыслимых вселенных», предложил Эмиль Митке, сын почтового служащего, гений, который сделал с теорией относительности то же, что
