Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Начало пути было трудным. Вайсс приступил к работе над прототипом интерферометра с 1,5-метровыми плечами. Даже для такого прибора – в сотни раз меньше и дешевле любого работоспособного инструмента для регистрации гравитационных волн – он с трудом находил финансирование. Руководству затея казалась сомнительной, а самый влиятельный его коллега, Филип Моррисон, был настроен глубоко скептически. В начале 1970-х гг. отсутствовали даже убедительные свидетельства того, что Лебедь Х-1 является черной дырой. Моррисон считал, что черных дыр не существует, а раз это самые мощные потенциальные источники гравитационных волн, Вайсс даром тратит время. Вайсс получил немного денег от военных, но и это финансирование обрубили с принятием поправки к Закону об ассигнованиях на военные нужды, запретившей военным поддерживать гражданские проекты.

Летом 1975 г. Райнер Вайсс встречал в аэропорту им. Даллеса в Вашингтоне знаменитого физика-теоретика из Калтеха Кипа Торна – победителя в споре со Стивеном Хокингом о существовании черных дыр. Наука работает лучше всего, когда объединяются теория и наблюдения. Предсказания теории способствуют более эффективным наблюдениям, а наблюдения – более глубокому пониманию физических процессов. В тот душный день в Вашингтоне, когда экспериментатор Вайсс познакомился с одним из величайших теоретиков нашего времени Торном, родился проект LIGO [342].

Вайсс пригласил Торна на собрание в штаб-квартире NASA по вопросам космических исследований в области космологии и теории относительности. «Я забрал Кипа из аэропорта жарким летним вечером, Вашингтон был полон туристов. Номер для него не забронировали, и он переночевал у меня, – вспоминал Вайсс. – Мы составили на листе бумаги огромную карту всевозможных областей изучения гравитации. За какой из них будущее? Что было будущим, чем следовало заняться?» [343]Они были так увлечены разговором, что не спали всю ночь.

Торн не читал техническую статью Вайсса, посвященную концепции интерферометра. Позднее он скажет: «Если бы я ее прочел, то, разумеется, не понял бы». На самом деле его авторитетный учебник «Гравитация» включает упражнение, призванное продемонстрировать невозможность регистрации гравитационных волн с помощью лазеров. «Я быстро изменил свое мнение», – признал Торн [344]. Он вернулся в Калтех, горя желанием построить интерферометр. Однако для начала нужно было привлечь к проекту физика-экспериментатора. Вайсс предложил Рона Древера из Университета Глазго. Древер поставил важнейшие эксперименты по гладкости пространства и массе нейтрино, соорудил и использовал антенну Вебера и сделал интерферометр с 10-метровыми плечами – в шесть раз больше скромного инструмента Вайсса в МТИ. Торн устроил Древера на полставки в штат Калтеха, и к 1983 г. он построил там интерферометр с 40-метровыми плечами, воспользовавшись оригинальными методами повышения мощности лазера и улучшив изоляцию от сейсмического шума.

Постепенно финансирование выросло, обострилась и конкуренция. В 1975 г. Вайсс получил маленький грант Национального научного фонда (ННФ) для начала работы над интерферометром. В 1979 г. группа ученых Калтеха во главе с Торном и Древером получила серьезный грант, а группа Вайсса из МТИ – сумму поскромнее. Калтех и МТИ – яростные соперники в науке [345]; и группа из Калтеха со своим 40-метровым интерферометром, разумеется, возглавила гонку. Обе группы мечтали о полноразмерном интерферометре километровых масштабов, но именно Вайсс поймал удачу за хвост, посетив Национальный научный фонд и предложив идею постройки интерферометра на двух площадках с ценником $100 млн. Проведенное в результате проектное исследование получило название «Синяя книга» – фактически это библия охотников за волнами пространственно-временного континуума [346].

И Вайсс, и Древер были очень склонны к соперничеству. Торну пришлось принять на себя роль посредника и миротворца. Поскольку ННФ заявил, что не будет поддерживать две отдельные группы, им пришлось пойти на вынужденный союз. Дело шло ни шатко ни валко. Постоянные задержки из-за технических проблем вынудили ННФ отменить финансирование [347]. К середине 1990-х гг. проект LIGO возродился, на сей раз во главе с физиком высоких энергий из Калтеха Барри Бэришем. Наука изобилует проектами, в которых одаренные ученые потерпели провал из-за отсутствия навыков общения и управления, но Бэриш оказался умелым руководителем.

Сначала было запланировано строительство двух одинаковых интерферометров с четырехкилометровыми плечами на разных концах США, в геологически спокойных местах. Одно – возле заглушенного ядерного реактора в кустарниковой полупустыне под Хэнфордом в штате Вашингтон, второе – в заболоченной местности возле города Батон-Руж в Луизиане. Целью первого этапа проекта, iLIGO (initial LIGO), было развитие технологии: обнаружение объектов представлялось крайне маловероятным. На второй стадии продвинутая обсерватория aLIGO (advanced LIGO) должна была стать достаточно чувствительной, чтобы зарегистрировать предсказанные теорией гравитационные волны (илл. 58). Бэриш хотел создать оборудование и инфраструктуру, все главные компоненты которых – вакуумные системы, оптика, детекторы и системы подвеса – можно было бы постоянно совершенствовать.

Чтобы сделать aLIGO намного более чувствительной, потребовалось усовершенствовать почти все составляющие эксперимента. Лазер сделали мощнее, чтобы устранить главный источник высокочастотного шума. Пробные массы на каждом конце каждого плеча стали более тяжелыми; груз представляет собой 40-килограммовый цилиндр из кремния с прикрепленным к нему зеркалом, спроектированный так, чтобы регистрировать крохотные изменения длины плеча. В качестве подвеса был использован четырехступенчатый маятник, изоляция и устранение помех на порядок улучшены. У LIGO – крупнейшая и лучшая в истории вакуумная система, включающая 48 км сварных соединений без утечек. Трубы такие длинные, что на метр поднимаются над поверхностью с каждой стороны – ввиду искривления поверхности Земли под ними. Чтобы компенсировать изгиб и обеспечить ровную укладку и нивелировку труб, бетон заливали и выравнивали с беспрецедентной точностью. Плотность вакуума составляет одну триллионную плотности воздуха на уровне моря. Датчики настолько чувствительны, что слышат срабатывание тормозов грузовика на расстоянии 4,8 км – и гром на расстоянии 80 км. Более того, в своих зеркалах они видят движение отдельных атомов.

Этот эксперимент – вершина технического мастерства. Изначальная iLIGO функционировала с 2002 по 2010 г. и, как и ожидалось, не зарегистрировала гравитационные волны. Апгрейд до aLIGO занял пять лет, в работе участвовало 500 человек. Усовершенствованная aLIGO шесть месяцев проработала в опытном режиме и за четыре дня до начала сбора научных данных система нашла «золотую жилу».