Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Весной 1994 г., когда в Хэнфорде должна была начаться подготовка строительного участка, произошло два знаменательных события. Во-первых, еще одна экспертная группа настоятельно рекомендовала продолжить работы по LIGO. Во-вторых, Бэриша и Кипа Торна, главного теоретика проекта, пригласили выступить на собрании Национального комитета по науке в Вашингтоне. По его воспоминаниям, это было формальное мероприятие продолжительностью около часа. Торн рассказал о научных основах проекта, в том числе озвучив самые оптимистичные оценки количества событий, которые LIGO сможет зарегистрировать. Бэриш поделился новыми идеями реализации проекта.

Вспоминая тот хлопотный год, Бэриш называет чудом то, что летом 1994 г. комитет вновь одобрил заявку на LIGO, несмотря на значительное повышение сметы [51] Я взял интервью у Бэрри Бэриша в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене 22 июня 2016 г. . «Еще большее чудо, – продолжает он, – что NSF продолжает бесперебойное финансирование больше 20 лет. Потенциальная отдача была высока, но и риски большие. Впрочем, не рискуя, невозможно заниматься наукой на пределе возможностей» [52] Интервью, взятое у Бэрри Бэриша Ширли Коэн для проекта Caltech Oral History: http://oralhistories.library.caltech.edu/178/1/Barish_OHO.pdf . .

Благодаря тому что NSF дал проекту зеленый свет, лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория наконец стала реальностью. Менее чем через четыре года руководитель строительства в Ливингстоне Джерри Стэпфер водил меня по объекту, пока еще пустому, убежденный, что первая регистрация не за горами: «Нужно во что-то верить!»

Виа Эдоардо Амальди в Сан-Стефано-а-Мачерата всего в 30 минутах езды от Пьяцца-дель-Дуомо в Пизе. В историческом центре города туристы фотографируются на фоне Пизанской башни и, вероятно, гадают, почему гравитация до сих пор не покончила с этим сооружением (прежде всего потому, что оно стабилизировано системой стальных канатов). Некоторые, возможно, слышали апокрифическую историю о том, как Галилей ронял с вершины башни шары разной массы, чтобы опровергнуть Аристотеля. Не многие знают, что самые точные измерения гравитации в Европе проводятся всего в получасе езды на юго-восток.

Впрочем, во время моего визита во второй половине сентября 2015 г. научная работа не ведется, поскольку детектор Virgo находится на реконструкции. «Усовершенствованная LIGO введена в действие несколько дней назад, – говорит Федерико Феррини, директор Европейской гравитационной обсерватории. – Мы тоже устанавливаем новое, более чувствительное оборудование. В конце 2016 г. или начале 2017 г. мы надеемся присоединиться ко второму научному запуску Advanced LIGO» [53] Я посетил детектор Virgo Европейской гравитационно-волновой обсерватории в Санто-Стефано-а-Мачерата возле Пизы в Италии и взял интервью у Федерико Феррини 22 сентября 2015 г. . Предстоит решить еще много проблем и преодолеть препятствий. Большая наука – это движение по пути проб и ошибок. Лозунг на стене кабинета Феррини гласит: «Завтра мы ошибемся умнее».

Полушутя-полусерьезно итальянский физик рассказывает, что несколько недель назад, находясь с женой в Сантуарио-ди-Монтенеро – знаменитом месте паломничества недалеко от Ливорно, – помолился за регистрацию волны Эйнштейна. «Мой срок на посту директора заканчивается в конце 2017 г., – замечает он. – Я уверен, что к тому времени у нас будет несколько событий». Он не сказал, что за 8 дней до моего визита уже произошла регистрация GW150914, вызвавшая огромное воодушевление, поскольку участникам коллаборации LIGO – Virgo было запрещено обнародовать новость. Неудивительно, что Феррини был уверен в успехе.

Virgo во многом похожа на LIGO, только длина ее плеч 3 км вместо четырех. Кроме того, регион к юго-востоку от Пизы населен намного плотнее Хэнфорда в штате Вашингтон или лесистого севера луизианского Ливингстона. Трубы Virgo проложены на поверхности земли, как и в американских обсерваториях. Над ними пришлось возвести несколько низких мостов, чтобы фермеры могли проехать на тракторах. Наружная поверхность труб выкрашена в небесно-голубой цвет, чтобы они не слишком выбивались из пасторального итальянского ландшафта.

Координатор пусконаладочных работ Бас Свинкельс показывает мне объект. Он единственный голландец среди постоянных участников проекта Virgo – изначально французско-итальянского, в дальнейшем к коллаборации присоединились Венгрия, Польша и Нидерланды. Свинкельс ведет меня в зону размещения лазерного и вакуумного оборудования Virgo. Гигантское пространство заполнено громадами вакуумных резервуаров. Новинкой усовершенствованной Virgo являются криогенные ловушки – значимый вклад Nikhef, Национального института субатомной физики Нидерландов в Амстердаме. С помощью жидкого водорода они замораживают любые остаточные загрязнения в системе, обеспечивая еще более качественный вакуум. Свинкельс с гордостью рассказывает о невероятных аттенюаторах Virgo – конструкциях 10-метровой высоты из семи обратных маятников, на которых на проволоке из аморфного кварца будут вывешиваться зеркала.

Трудно поверить, что до второй половины 1980-х гг. Virgo существовала только в виде идеи, особенно если вспомнить, как долго шел к началу реализации проект LIGO. Опять-таки это огромное преимущество европейцев – они не первые. США уже давно ведут масштабные исследовательские работы.

Итальянские физики – опытные охотники на гравитационные волны. В начале 1970-х гг. Эдоардо Амальди и Гвидо Пиццелла построили первый чувствительный антенный детектор, желая проверить заявления Джо Вебера. Их группа в лаборатории Фраскати Национального института атомной физики (INFN) возле Рима сотрудничала с командой Хайнца Биллинга из Института Макса Планка в Мюнхене. Они не получили убедительных результатов, но, возможно, добьются большего с помощью лазерной интерферометрии.

Во всяком случае, так думал специалист по физике элементарных частиц Адальберто Джадзотто, который был экспертом по сейсмоизоляции. В 1980-е гг. он объединил усилия с Аленом Брилле из Национального центра научных исследований Франции (CNRS), который знал все об оптике и лазерах. Вместе они выдвинули идею детектора Virgo – европейского ответа LIGO. Официальное предложение на проект INFN/CNRS было подано французскому и итальянскому правительствам в 1989 г., перед тем как Робби Фогт завершил работу над первоначальной заявкой на LIGO для Национального научного фонда.

Название Virgo не является аббревиатурой. Детектор назван в честь скопления галактик в созвездии Девы. Скопление Девы находится в 50 млн св. лет; Джадзотто и Брилле вознамерились построить детектор, который сможет регистрировать волны Эйнштейна, вызванные слиянием нейтронных звезд даже на таком расстоянии.