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

Virgo должна была иметь сопоставимую с LIGO чувствительность, несмотря на укороченные плечи интерферометра. Но европейцы хотели построить детектор, восприимчивый к более низким частотам за счет лучшего подвеса зеркал. Масштабную многоуровневую систему подвеса разработал Джадзотто. Рабочий прототип был завершен в 1987 г. в лаборатории INFN в Пизе. Теперь он выставлен в вестибюле главного здания Европейской гравитационной обсерватории.

Virgo была не единственным европейским проектом. В Германии в конце 1980-х гг. имелись планы строительства трехкилометрового интерферометра, в 100 раз превышающего 30-метровый прототип Хайнца Биллинга. Биллинг вышел на пенсию в 1989 г., но его новаторскую работу продолжил Карстен Данцманн. Биллинг, тогда 75-летний, был убежден, что рано или поздно усилия его преемника увенчаются успехом. «Герр Данцманн, – сказал он, – я доживу до того момента, когда вы найдете эти волны» [54] Я посетил Институт Альберта Эйнштейна в Ганновере (Германия) и взял интервью у Карстена Данцманна и Брюса Аллена 4 и 5 августа 2016 г. .

Немцы объединились с экспериментаторами из Глазго (Шотландия) и теоретиками из Кардиффа (Уэльс). Они назвали будущий интерферометр GEO – German-English Observatory. Сегодня Данцманн признает, что они по незнанию здорово сглупили: Шотландия и Уэльс – части Великобритании, но, разумеется, не стоит называть шотландца и валлийца англичанином. Вскоре GEO стало расшифровываться как «Гравитационная европейская обсерватория», хотя полное название практически никогда не используется.

Летом 1990 г. казалось, что проекту стоимостью €100 млн вот-вот будет дан зеленый свет. Однако в следующие два года GEO тихо зачах из-за падения Берлинской стены и последующего объединения Восточной и Западной Германии. Львиная доля расходов нового правительства на науку была направлена на реорганизацию в бывшей ГДР. На крупные новые инициативы просто не осталось денег. К 1992 г. стало ясно, что у GEO нет будущего, по крайней мере в первоначальном виде.

Новые возможности появились, когда Данцманн переехал из Мюнхена в Ганновер, столицу германской земли Нижняя Саксония. В Ганноверском университете знаменитый физик-лазерщик Герберт Веллинг занимался реорганизацией физического факультета, и эксперименты в области гравитационной физики стояли у него в списке приоритетов. В 1993 г. он пригласил Данцманна для разработки новой программы, частично финансируемой фондом «Фольксваген» – немецкой автомобилестроительной компании со штаб-квартирой в Нижней Саксонии. Довольно скоро проект GEO вернули на рассмотрение, хотя и в гораздо менее масштабном и дорогом варианте.

Проект Virgo был одобрен в 1993 г. и первоначально оценивался в €75 млн. Строительство началось через три года. Проект GEO600 – в новом названии была отражена уменьшенная до 600 м длина плеча – стоимостью €10 млн стартовал в 1994 г., а строительные работы по нему начались в 1995 г. за южной окраиной Ганновера. Европейцы взяли быстрый старт.

GEO600 производит совершенно иное впечатление, чем LIGO или Virgo. Прежде всего, объект довольно трудно найти. К западу от крохотной деревушки Руте сначала расстилаются поля сельскохозяйственного факультета университета. Затем узкая пыльная дорога ведет к россыпи панельных сооружений: администрации, посту управления и столовой обсерватории. 600-метровые гофрированные трубы напоминают детали дешевой канализационной системы. Они прячутся в траншеях, и их легко проглядеть. Но внешность обманчива. Войдя в центральное здание, частично заглубленное в землю, вы оказываетесь в окружении высокотехнологичного лазерного оборудования, стоек электроники и вакуумных резервуаров, где заключена точная оптика.

Во время моего визита [55] Я посетил детектор GEO600 в Рюте возле Ганновера в Германии 9 февраля 2015 г. в начале февраля 2015 г. GEO600 был единственным действующим лазерным интерферометром в мире – LIGO и Virgo закрылись на реконструкцию. Никто, однако, не надеялся, что маленький немецкий детектор уловит колебания пространственно-временного континуума – он намного менее чувствителен, чем три его старших брата. Главным предназначением этого объекта была разработка и апробация новых технологий. Рециркуляция сигнала впервые была применена здесь. GEO600 продемонстрировал и возможности метода сжатого света, использующего квантовые эффекты для увеличения стабильности выходного сигнала интерферометра.

Сначала европейские проекты, особенно Virgo, воспринимались как конкуренты LIGO. Кое-кто даже опасался, что европейцы обойдут американцев, первыми проведя прямую регистрацию волн Эйнштейна, и этот призрачный риск, возможно, помог LIGO выжить. Но скоро стало ясно, что от сотрудничества выиграют все.

За два года до официальной церемонии открытия LIGO, состоявшейся в ноябре 1999 г., детектор GEO600 присоединился к научной коллаборации LIGO. Первый одновременный пробный запуск обсерваторий в Хэнфорде и Ливингстоне и GEO600 был произведен в 2002 г. Год спустя начала функционировать Virgo. В 2007 г. коллаборации LIGO и Virgo заключили соглашение о совместном анализе данных. С тех пор все технические данные, результаты тестов, измерения в ходе наблюдений и научный анализ четырех детекторов являются общим достоянием тысячи с лишним членов различных групп.

Это был долгий тернистый путь, но все хорошо, что хорошо кончается. После длительного этапа отладки и нескольких лет наблюдений первоначальные версии LIGO и Virgo закрыли на реконструкцию, соответственно в октябре 2010-го и в декабре 2011 г. Гравитационные волны не были зарегистрированы спустя полвека после того, как Джо Вебер впервые задумался о способах измерения крохотных колебаний. Тем не менее все сохраняли оптимизм. Вот-вот начнется создание усовершенствованных версий LIGO и Virgo [56] Сайт LIGO: https://www.ligo.caltech.edu . Сайт научной коллаборации LIGO: http://ligo.org . Сайт Virgo: http://public.virgo-gw.eu/language/en . Сайт Европейской гравитационной обсерватории (EGO): http://www.ego-gw.it . Сайт GEO600: http://www.geo600.org . История LIGO: Marcia Bartusiak, Einstein’s Unfinished Symphony: The Story of a Gamble, Two Black Holes, and a New Age of Astronomy . См. также: Harry Collins, Gravity’s Shadow: The Search for Gravitational Waves ; Janna Levin, Black Hole Blues and Other Songs from Outer Space . . В течение пяти лет предполагалось собрать новые детекторы. Постепенно они станут гораздо чувствительнее предшественников. Еще несколько лет подождать, еще немного потерпеть.

17 марта 2014 г. исследователи Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (штат Массачусетс) объявили, пользуясь их терминологией, о «первом прямом изображении гравитационных волн». Не от столкновения нейтронных звезд или слияния ЧД, а вследствие Большого взрыва. Полученном с помощью не гигантского лазерного интерферометра, а маленького микроволнового телескопа на Южном полюсе.