«В сентябре 2015 года на двух установках в США был зафиксирован всплеск, который интерпретировали как гравитационные волны. Доклад об этом я читал два дня назад на Президиуме РАН, поэтому мне легко сегодня выступать — там меня предупредили: для академиков нужно объяснять, как для школьников», — так начал лекцию 80-летний учёный.

Эра гравитационных волн началась в 60-х годах, и вклад советской науки в этом направлении был лидирующим. Тогда же были совершены первые попытки регистрации гравитационных волн, которые до недавнего времени не подтверждались.

Одним из способов был резонансный детектор: большая и массивная цельная болванка из алюминия, цилиндр или объект другой формы, обвешанный датчиками. Предполагалось, что когда придёт волна, он начнёт колебаться. Однако, все резонансные детекторы обладают очень узкой резонансной полосой, при этом никто не знает частоты самих гравитационных волн, направления, откуда они придут, какова их поляризация.

В 1962 году 25-летний Владислав Пустовойт и его группа опубликовали работу, в которой был предложен новый метод регистрации гравитационных волн — метод лазерных интерферометров Майкельсона. Лазеры еще только изобрели, поэтому даже термин «лазер» в работе был взят в кавычки. «Мой учитель, Виталий Гинзбург, поставил мне задачу разобраться, как излучаются гравитационные волны и как их можно принимать», — говорит Пустовойт.

На создание одной установки уходят сотни миллионов долларов, в США эти затраты несут и государство, и оборонная отрасль. «Какая польза от этого оборонке, поинтересовался я в Штатах, ведь это чистая наука. И мне ответили, что в ходе создания таких установок решают множество технологических задач, актуальных в других областях», — поделился учёный.

Всего в мире сейчас несколько подобных установок — в США, в Европе и в Японии, готовятся сделать такую в Индии. Это важно, так как позволит проверять результаты.

Прямая речь: «Фактически мы получили первое доказательство существования чёрных дыр»

— Видите ли, это одно из доказательств общей теории относительности — экспериментальное, что очень важно. С философской точки зрения большая удача, что удалось зафиксировать этот всплеск. Думаю, в ближайшие несколько лет мы станем свидетелями того, что произойдут другие подобные события. Наши астрофизики после ряда исследований пришли к выводу, что двойных объектов во Вселенной очень много, причём с большими массами, так что эти события будут повторяться.

Но тут есть элемент везения: максимум чувствительности интерферометров, зарегистрировавших гравитационные волны, как раз попала в нужную область — 35-40 Гц. Сейчас, по неофициальным сведениям, уже зафиксировано несколько подобных событий меньшего масштаба, идёт обработка данных.

От всплеска, зафиксированного в сентябре 2015, до публикации этих данных в феврале 2016 года прошло пять месяцев, всё это время данные обрабатывались и проверялись. У коллективной работы тысяча авторов, которые работали над этим, около трети — группы учёных из МГУ и Нижнего Новгорода, которые решали технологические задачи, например: как подвесить зеркало в интерферометре, как нагреть зеркало, как убрать лишние флуктуации, как обрабатывать результаты измерений, как сделать оптический затвор с высокими характеристиками. Было задействовано очень много специалистов из разных областей.

Скорость движения чёрной дыры в момент коллапса двух сильно вращающихся чёрных дыр — половина скорости света. Представляете себе, какова инерция? Есть модель и теория, позволяющая вычислить массы этих черных дыр в момент слияния — 36 и 29 солнечных масс. Считалось, что двойные черные дыры имеют меньшую массу. Насколько надёжны эти оценки? Я взял карандаш и попытался рассчитать по-другому, не используя данные эксперимента. Не буду углубляться, но другой метод дал те же результаты.

Учёные открыли окно во вселенную, как пишут популярные СМИ — теперь мы можем получать информацию о том, что происходит на больших расстояниях от Земли. Да, если будет постоянная служба, то мы узнаем очень много о процессах, происходящих во Вселенной. Гравитационные волны несут информацию. Так, сегодня мы фактически получили первое доказательство существования чёрных дыр, до этого их существование только предполагали.

В Европе уже запущен проект LISA — лазерные интерферометры в космосе, с использованием спутников как их части. Это даст возможность обнаруживать очень низкие частоты. Есть и второй проект — построить интерферометр под землёй, где меньше мешающих шумов. Горизонт реализации этих идей — 20-30 лет.

Понять, как устроены Земля и космос

После лекции академик долго отвечал на вопросы студентов и школьников — сначала из зала, потом самые заинтересованные задержались для разговора в тесном кругу, включая журналистов.

— В России лазерных интерферометров для изучения гравитационных волн нет. Известны ли вам какие-то попытки или планы по их созданию? (Zelenograd.ru)

— Нет, к сожалению. Это дорогостоящая затея, на которую у нашего государства нет денег. В мире таких устройств всего семь. Мы в Бауманском университете ищем сейчас некоторые пути повышения их чувствительности, используем другие оптические схемы, если эти исследования будут успешными — мы пойдём вперёд. Например, есть проблема зеркал, их чрезмерного нагрева, мы этим занимаемся.

Понимаете, это ведь первый интерферометр, зарегистрировавший волны — первый! Но в будущем будут не только эти семь, но и другие устройства, этим нам и нужно заниматься. Когда-то и первые транзисторные приёмники содержали всего по нескольку транзисторов, а сегодня их тысячи. Так и интерферометров будут тысячи со значительно большей чувствительностью. И тогда перед нами откроются совершенно уникальные возможности по пониманию процессов, происходящих во Вселенной или в недрах Земли.

— Какие практические применения есть у исследований гравитационных волн? («Инверсия»)

— Например, в геологии — изучение движения континентов, что происходит в недрах Земли, о которых мы сегодня знаем меньше, чем о космосе, потому что не можем создать инструменты с высокой чувствительностью.

— Дайте самое простое определение гравитационных волн — что это такое? («Инверсия»)

— Это рябь пространства-времени, если на пальцах :) Мы живём в пространстве и времени, которое идёт в одну сторону. Представьте себе, что оно стало меняться — появилась рябь во времени и пространстве, это и есть гравитационная волна.

МИЭТ опубликовал полную видеозапись лекции: