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

Планы строительства в Индии гравитационно-волнового детектора появились в 2009 г., когда физики организовали консорциум Индийская инициатива по наблюдению гравитационных волн (Indian Initiative in Gravitational-Wave Observations, IndIGO) [136] Индийская инициатива по строительству гравитационно-волновых обсерваторий (IndIGO): http://www.gw-indigo.org/tiki-index.php . . С 2011 г. с руководством LIGO обсуждается вопрос переноса американского оборудования в Индию. Вы, наверное, помните, что обсерватория LIGO в Хэнфорде первоначально имела два отдельных интерферометра – с плечами 4 км и 2 км. По той же схеме предполагалось строить Advanced LIGO. Очевидно, лучше разместить второй детектор в другом месте в качестве третьей обсерватории, но это намного дороже. В свою очередь, департаменты атомной энергии и развития науки и технологии Индии – главные источники финансирования задуманного индийского детектора – не потянули бы полномасштабный проект. Почему бы не объединиться с целью создания LIGO-India? Индийское правительство оплатило бы инфраструктуру, а Национальный фонд содействия развитию науки – оборудование.

Предполагалось аналогичное сотрудничество LIGO и группы физиков из разных университетов Австралии. Однако австралийское правительство отдало приоритет проекту международной радиообсерватории SKA (см. главу 13), и планы «LIGO на другом краю света» так и не осуществились. Летом 2012 г. Национальный совет по делам науки одобрил совместную деятельность с Индией. В январе 2015 г., когда я был в Хэнфорде, в зоне размещения лазерного и вакуумного оборудования находилось, помимо только что смонтированной аппаратуры Advanced LIGO, множество больших упаковочных ящиков, готовых отправиться в Индию, как только NSF даст зеленый свет.

О принципиальном одобрении индийский премьер-министр Нарендра Моди объявил 17 февраля 2016 г., всего через шесть дней после пресс-конференции, посвященной GW150914. Спустя шесть недель, 31 марта, директор NSF Франс Кордова подписала протокол о намерениях с индийскими коллегами, и работы по LIGO-India могли стартовать. Со временем эта обсерватория станет почти точной копией сегодняшних детекторов Advanced LIGO с длиной плеч 4 км. Ученые надеются, что LIGO-India будет введена в эксплуатацию в 2024 г.

Очень сложно давать прогнозы, особенно на будущее, сказал голландский ученый Нильс Бор, современник Альберта Эйнштейна. В 1920-х гг. два великих физика спорили о природе реальности при личных встречах и в продолжительной переписке. Бор был пионером квантовой физики, а Эйнштейн серьезно сомневался в выводах из этой теории. Оба не могли предвидеть, что всего через 100 лет астрономы с помощью всемирной сети детекторов гравитационных волн будут изучать катастрофические события во Вселенной, а исследование волн Эйнштейна, порожденных столкновениями ЧД, станет шансом объяснить наконец фундаментальную несовместимость ОТО с квантовой теорией поля.

Даже сейчас сложно спрогнозировать состояние гравитационно-волновой астрономии в середине 2020-х гг. К тому времени пять гигантских детекторов будут караулить ничтожные возмущения пространственно-временного континуума, возможно составляющие лишь одну секстиллионную процента (1/10 23) и длящиеся от доли секунды до минуты. Столкновения и слияния нейтронных звезд и ЧД на расстояниях в несколько миллиардов световых лет, как ожидается, будут регистрироваться в среднем раз в неделю. Малые различия времени прибытия сигнала к пяти самостоятельным детекторам позволят точно вычислить направление на источник. Экстренные дополняющие наблюдения в рамках программ поиска электромагнитных проявлений дадут дополнительную информацию о столкновении и галактике, в которой оно произошло. Параллельное изучение временной динамики пульсаров силами SKA и других радиообсерваторий обнаружит фоновые волны Эйнштейна очень низкой частоты, излучаемые орбитальными движениями сверхмассивных ЧД повсюду во Вселенной. Отследив многие из этих наногерцовых волн, мы найдем гигантские двойные системы в относительно близких галактиках. Измерения поляризации реликтового излучения откроют для нас «отпечатки» первичных гравитационных волн, излученных в самую первую долю секунды после Большого взрыва.

Все это «ожидаемые результаты» гравитационно-волновой астрономии. Однако практически каждый ученый, опрошенный мною в ходе работы над этой книгой, подчеркивал, что самыми революционными и потрясающими могут оказаться неожиданные результаты. В этом прелесть научно-исследовательской деятельности – никогда не знаешь заранее, что обнаружишь. Опыт свидетельствует, что появление новой области исследований всегда оборачивается большими сюрпризами. Нет оснований полагать, что гравитационно-волновая астрономия станет первым исключением из правила.

Астрономию иногда называют древнейшей наукой. Наши отдаленные предки смотрели на звезды и следили за перемещениями Солнца, Луны и планет. Но мне иногда кажется, что астрономия только что родилась. Долгие тысячелетия наши знания о Вселенной всецело зависели от того, что удавалось разглядеть невооруженным глазом. Только последние четыре столетия, после того как Ганс Липперхей изобрел телескоп, астрономия переживает расцвет. На протяжении этих 400 лет изучение звезд представляло собой непрерывно ускоряющуюся последовательность эпохальных озарений, обусловленных открытиями и технологическими прорывами. Кульминацией стали эра космических полетов и цифровая революция.

Основной сквозной темой являлось обнаружение новых неизученных частей электромагнитного спектра – от открытия инфракрасного света Вильямом Гершелем в 1800 г. до вывода в космос телескопов, регистрирующих гамма-излучение самых высоких энергий. Нас уже не ограничивают возможности человеческого зрения или эффект поглощения в атмосфере Земли. Впервые в истории мы увидели космос во всем его великолепии и многообразии.

Мне нравится следующий образ: традиционная, до изобретения телескопов, астрономия была заперта в здании с толстыми кирпичными стенами, окруженном прекраснейшим пейзажем. Единственный, крайне ограниченный вид открывался через одну маленькую узкую бойницу в восточной стене. Единственное, что мы могли наблюдать, – фрагмент травянистой равнины на переднем плане, холм с несколькими деревьями вдали и белое облако в голубом небе: можно составить приблизительное представление о мире вокруг, но, разумеется, очень неполное. Вот что такое астрономия оптического диапазона.

Открытие других частей электромагнитного спектра можно сравнить с пробиванием дополнительных проемов в стенах. Это уже не узкие щели, а широкие окна. Мы вдруг узнали о великолепном водопаде на юге и цепи действующих вулканов на западе, увидели реки, снеговые вершины гор и грозовые тучи. Ограниченный «вид через бойницу» остался неотъемлемой частью этого впечатляющего ландшафта, но только теперь мы знаем, как эта частность вписывается в целое, и начинаем постигать внутренние геологические закономерности. Наконец во всем появляется смысл.