Гравитационные волны: 7 вопросов о событии нобелевского масштаба

http://tass.ru/nauka/2658212

11 февраля 2016 года участники проекта LIGO официально подтвердили существование гравитационных волн

Слияние двух черных дыр, при котором произошло очень большое излучение гравитационных волн
© Caltech/MIT/LIGO Laboratory

Ученые в США подтвердили существование гравитационных волн, предсказанное почти сто лет назад общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Почему это открытие так важно и как оно было сделано - в материале ТАСС.
Что такое гравитационные волны?
Гравитационные волны – это колебания ткани пространства-времени, которые разбегаются от массивных объектов, движущихся с переменным ускорением. Из-за относительной слабости гравитационных сил (по сравнению с прочими) волны имеют весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации. Похожим образом перемещающийся электрический заряд порождает волны электромагнитные, но только их гораздо легче зарегистрировать.
При чем тут Альберт Эйнштейн?
Гравитационные волны предсказал Альберт Эйнштейн в рамках теории относительности еще сто лет назад, но все экспериментальные попытки их обнаружить заканчивались провалом. Даже сильные гравитационные волны вызывают небольшие изменения: объекты, удаленные друг от друга на расстояние метра, будут как бы колебаться на волнах пространства-времени и становиться то ближе, то дальше друг от друга на 10-18 - 10-23 м.
Именно поэтому ученые рассчитывали обнаружить гравитационные волны только от очень тяжелых объектов вроде сталкивающихся галактик, вращающихся черных дыр или двойных звездных систем.
Как было сделано открытие?
Поиск гравитационных волн активно велся примерно с 60-х годов прошлого века. Важный теоретический вклад в эту работу внесли советские ученые Михаил Герценштейн и Владислав Пустовойт, предложившие в 1962 году использовать в этих целях модифицированный интерферометр Альберта Майкельсона. Такой метод, однако, крайне сложен и дорог, так что долгое время ученые пытались использовать более экономичные инструменты.
В коллаборации LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) для этого использовали наземные гравитационные телескопы — гигантские Г-образные антенны с длиной плеч по четыре километра. Внутри них в условиях высокого вакуума распространялись лазерные лучи, которые отражались от подвешенных в противоположных концах антенн зеркал. А поскольку гравитационная волна периодически растягивала и сжимала плечи телескопа, разные лучи, шедшие по разным оптическим путям, приходили на выход с небольшими задержками. Именно их в конечном счете и регистрировали экспериментаторы по возникающей при взаимодействии лучей характерной интерференционной картине.
Из этих данных ученые сделали вывод об отклонении на уровне 10−19 м - сигнале, который свидетельствовал о прохождении гравитационной волны, порожденной системой двух черных дыр на расстоянии около 50 миллионов световых лет от Земли.
Когда было сделано открытие?
Гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 13:51 по московскому времени одновременно двумя профильными обсерваториями - в штатах Луизиана и Вашингтон, а официально участники проекта LIGO объявили об открытии гравитационных волн 11 февраля 2016 года на пресс-конференциях, одновременно прошедших в Вашингтоне, Москве и других городах.
Что такое LIGO?
Междурнародный проект LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Проект был предложен в 1992 году Кипом Торном, Рональдом Дривером из Калифорнийского технологического института и Райнером Вайсом из Массачусетского технологического института.
Российские физики с самого начала участвовали в проекте LIGO по поиску гравитационных волн и получили важные результаты.
Проект LIGO начался в 1992 году, в сложное для России время, но Россия подключилась к нему. Один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире - российский физик Владимир Брагинский - создал на базе физического факультета МГУ школу, воспитанники которой смогли активно участвовать в проекте, получить важные результаты.
В экспериментах активно участвовали научные группы под руководством профессора физического факультета МГУ Валерия Митрофанова и члена-корреспондента РАН Александра Сергеева (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород).
Что значит открытие гравитационных волн?
Открытие должно стать очередным подтверждением общей теории относительности и открыть путь к давней мечте физиков - созданию теории квантовой гравитации и, возможно, даже теории великого объединения, описывающей все виды физического взаимодействия в единых терминах и уравнениях.
"Мы открываем новую эру - эру гравитационно-волновой астрономии. Это можно сравнить с появлением телескопа или радиоастрономии. У нас появился новый инструмент для исследования Вселенной", - считает один из участников проекта, руководитель группы "Когерентная микрооптика и радиофотоника" Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Городецкий.
Эксперты считают это событие "открытием нобелевского масштаба", потому что оно означает решение столетней загадки.
Сколько стоило открытие?
Общая стоимость проекта составила порядка $620 млн.
Долгие годы на LIGO выделяли деньги без всякой уверенности, что эти вложения когда-либо окупятся. Более того, шанс, что ученым удастся поймать гравитационные волны, был ничтожным, но тем не менее год за годом финансирование продлевали. И, как оказалось, не зря: как это часто бывает в науке, благодаря "бесполезным" вложениям было совершено открытие, которое изменило наше представление о Вселенной.