Максим Либанов - Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)

Идея детектора примерно такая. Берется труба длиной около километра. В трубе вакуум и висят зеркала массой где-то под тонну. Между ними бегает лазерный луч. Проходит гравитационная волна, и зеркала немножко сближаются-отдаляются. Они колеблются, и получается сигнал. Колебание подвешенных зеркал можно заметить. Таким образом, мы не просто увидим гравитационные волны, но увидим прямой сигнал от взаимодействия горизонтов в черных дырах. Тогда Нобелевская премия будет дана одновременно за открытие гравитационных волн и черных дыр.

«В искусстве я ничего не понимаю, но науку могу сделать немножко понятнее».

На самом деле черные дыры – совершенно неинтересные объекты. Самые интересные объекты во Вселенной – нейтронные звезды. Интересны они вот почему. С черными дырами Господь переусердствовал – всегда надо вовремя остановиться. Вы берете объект, вы его сжимаете. Он становится все интереснее: повышается плотность, на его поверхности больше гравитации, если было магнитное поле – оно становится сильнее. Масса та же, а радиус уменьшается. Но если переусердствовать, образуется черная дыра. В черной дыре есть один главный параметр – масса [20]. Все. Все красивые магниты, высокая плотность – все исчезло. Но если вовремя остановиться, получится очень интересный объект. Со сверхплотным веществом, разными сверхтекучестями, сверхпроводимостью, сверхсильными магнитными полями, сверхсильной гравитацией. С нейтронными звездами Господь вовремя остановился.

Мы видим их по самым разным причинам. Это объект с массой Солнца, который может делать оборот за одну тысячную секунды. При этом у него гигантское магнитное поле – в сто тысяч миллионов, даже миллиардов раз больше, чем у Земли. Это очень красивые, очень интересные объекты. В частности, внутри у них огромная плотность вещества. Мы не можем получить в лабораториях ни такие сверхсильные магнитные поля, ни сверхсильную гравитацию, ни сверхплотное вещество.

Нейтронные звезды страшно интересно исследовать, и в некотором смысле это имеет народно-хозяйственное значение. Вы строите какую-нибудь физическую теорию, применяемую в быту: электродинамику или ядерную физику. Вы хотите, чтобы теория была полна. Но чтобы она была полна, ее нужно проверять в экстремальных режимах, и эти режимы где-то надо реализовывать. В лабораториях это сделать нельзя, а в нейтронных звездах эти режимы созданы природой. На нейтронных звездах можно проверять теории с большим народно-хозяйственным значением.

Многие считают, что главная загадка нейтронных звезд – что находится в самом центре, где плотность раз в десять больше, чем плотность атомного ядра. С веществом там могут происходить чудеса. В обычном веществе есть протоны, нейтроны, электроны – все вместе нейтрально. Электроны легкие, но почти никакого вклада в массу не вносят. Если начать вещество сжимать, возникают новые, очень интересные частицы.

Есть теории, которые позволяют сделать совсем удивительную вещь – кварковое вещество. На самом деле мы состоим не просто из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны еще состоят из кварков. Но кварк – очень хитро устроенная частица. Кварки очень хорошо взаимодействуют друг с другом. Нормальные частицы, если их удалять друг от друга, притягиваются все слабее – это естественно. Кварки же как будто связаны пружинкой. Чем больше удалять их друг от друга, тем они сильней притягиваются друг к другу. Если вы пытаетесь вырвать кварк из протона, вы затрачиваете столько энергии, что, вырывая, на кончике этой пружинки рождаете новый кварк. Кварки в обычных условиях никогда не бывают одиноки.

Если пойти обратным путем – очень сильно сжать вещество, то кварки вдруг объединятся все вместе. У Станислава Лема есть такой рассказ: два мастера – Трурль и Клапауций – научились объединять сознания. Полетели на планету, где были сплошные военные, которые постоянно друг с другом воевали. Первый мастер полетел в один лагерь, второй – в другой лагерь. Всем военным очень понравилась идея объединения сознания: вместо того, чтобы отдавать команду двадцати разгильдяям, объединяешь сознание и отдаешь команду как бы в единое целое. Наконец, они объединили армии, и на планете наступил мир, потому что сознание достигло определенного уровня, а существа с сознанием выше определенного уровня воевать не могут. В итоге война закончилась и все стали благоденствовать. Так вот, если очень сильно сжимать вещество, кварки вдруг объединяются и появляется удивительное единое кварковое вещество со свойствами, не похожими на свойства обычного вещества.

Мы действительно не знаем, как выглядит теория, описывающая внутреннее строение нейтронных звезд. Самый главный вопрос – когда нейтронная звезда превратится в черную дыру? Неизвестно, как долго можно давить на вещество до того, как оно схлопнется. Есть разные уравнения, описывающие образование черных дыр. Открытие новых массивных нейтронных звезд опровергает некоторые уравнения. В конце, как в старом фильме про Дункана Маклауда, останется только одно. Тогда наступит счастье – мы узнаем, какое уравнение описывает сверхплотное вещество. Для ядерной физики это очень важно.

С кварковой материей есть еще одна интересная штука: она может летать вокруг нас. Как и черные дыры, все, что есть в двойных системах, теоретически может слиться. Могут слиться и нейтронные звезды. Это приводит к колоссальному энерговыделению, потому что они сталкиваются почти что со скоростью света. Хоть и в не видимом глазом диапазоне, но на короткое время они становятся ярче целой Галактики. Вещество тогда разлетается вокруг. Если внутри было кварковое вещество, оно тоже разлетится.

Прелесть кваркового вещества в том, что оно может существовать в любом количестве. Мне очень нравится, как писали в детской энциклопедии: «Если вы возьмете спичечный коробок вещества нейтронной звезды…» Но нельзя взять спичечный коробок вещества нейтронной звезды! Это вещество устойчиво только потому, что его держит огромная гравитация. А вот кварковое вещество может летать вокруг нас. Чтобы поймать его частицы, нужно ставить специальную установку. Приборы, способные ловить и распознавать частицы странного вещества, сейчас работают на МКС.

И нейтронные звезды, и черные дыры рождаются при взрывах сверхновых. Есть снимки звезд перед взрывом. На снимке видно звездочку, а спустя какое-то время после взрыва все рассеялось и ничего нет. Звезда вспыхивает, становится ярче целой галактики – и исчезает. В год мы видим сотни взрывов звезд, но пока не знаем, как взрываются сверхновые.