В началото на 2016 г. международно сътрудничество на физици регистрира гравитационни вълни за първи път в историята на човечеството. Вълните бяха генерирани от сливането на две черни дупки и бяха открити с помощта на специален детектор-интерферометър LIGO, който се намира в САЩ. Какво представляват гравитационните вълни, защо отне един век, за да ги открием, и каква е ролята на руските учени в това? За това разказа ръководителят на Астрономическата обсерватория на ISU, научен директор на Иркутския планетариум Сергей Язев пред "Областная".
- Преди сто години Алберт Айнщайн завърши работата си по общата теория на относителността. Теорията, нова по това време, позволява съществуването на така наречените гравитационни вълни, които възникват постоянно и навсякъде. Прост пример: махаме с ръка, гравитационните вълни се разминават от ръката. Но гравитацията е най-слабата сила в природата и за фиксирането на гравитационните вълни са необходими два фактора. Първо, трябва да има някакво мощно събитие, в което да участват гигантски маси, например сливането на звезди помежду си, падането на една звезда върху друга или нещо подобно. И второ, имаме нужда от невероятно чувствително оборудване, което да записва сигнала от това събитие на Земята.
Идеята за това как да се регистрират гравитационните вълни съществува от десетилетия. Физиците прекрасно разбират какво трябва да се направи, но необходимите технологии просто не съществуват дълго време. Детекторът за интерферометър LIGO в САЩ, който открива гравитационни вълнови сигнали, е създаден през 1992 г. Дълго време физиците не бяха в състояние да поправят нищо, тъй като инсталацията нямаше чувствителност. Факт е, че гравитационните вълни всъщност са вибрации на определена същност, която физиците наричат "пространство-време". Това означава например, че разстоянието между два елемента на инсталацията може да започне да варира, тъй като самото пространство променя свойствата си. Оказа се, че необходимата чувствителност на устройството е извън границите на реалното възприятие - амплитудата на трептенията трябва да бъде около 10 хиляди пъти по-малка,от размера на атомното ядро. Това е фантастична точност. Миналата година инсталацията беше модернизирана, след което беше възможно да се запише сигнал от дълбините на Вселената за изключително мощно събитие - сливането на две черни дупки. Това се случи преди един милиард триста милиона години и едва на 14 септември миналата година ехото му достигна до Земята. Благодарение на едновременно записания гама-лъч, стана ясно, че това не е случаен шум. Експертите провериха резултата много дълго време и едва през февруари рискуваха да уведомят света, че е направено голямо откритие.и едва на 14 септември миналата година ехото му достигна до Земята. Благодарение на едновременно записания гама-лъч, стана ясно, че това не е случаен шум. Експертите проверяват резултата от много дълго време и едва през февруари рискуват да информират света, че е направено голямо откритие.и едва на 14 септември миналата година ехото му достигна до Земята. Благодарение на едновременно записания гама-лъч, стана ясно, че това не е случаен шум. Експертите проверяват резултата от много дълго време и едва през февруари рискуват да информират света, че е направено голямо откритие.
Сергей Артурович, какво е значението на откритието на гравитационните вълни за науката?
- Гравитационните вълни преминават през всичко. Това означава, че ще получим нов тип информация за физическите процеси. По време на събитието от 14 септември трите маси на Слънцето, когато две черни дупки се сляха, се превърнаха в енергия на гравитационните вълни. Това е чудовищна енергия, така че дори на разстояние един милиард триста милиона светлинни години, ние почувствахме това събитие. Представете си: трепет на космоса, който се е разпространил из Вселената.
Важно е да се отбележи, че няколко други открития са направени едновременно с регистрирането на гравитационните вълни. Първо са получени доказателства за съществуването на черни дупки. Астрономите и астрофизиците не се съмняваха в това, но някои теоретични физици доскоро отричаха съществуването на такива обекти. Второ, беше потвърдено, че гравитационните вълни се движат със скоростта на светлината, която беше предсказана в общата теория на относителността.
Трябва да се каже още едно откритие. Съществува такава концепция „хоризонт на събитията от черната дупка“. Две дупки се сляха помежду си, хоризонтът на събитията придоби определена сложна форма и се променяше. Резултатът е черупка, под която вече има черна дупка, но все още не навън. Този ефект - динамиката на хоризонта на събитията - е записан за първи път по време на наблюденията, въпреки че никой не е очаквал този вид откритие.
Участвали ли са руски учени в експеримент за регистриране на гравитационни вълни?
Промоционално видео:
- Детекторът-интерферометър е американски, но опитът е осигурен от международен екип, включващ руски специалисти. Инсталацията улавя самите гравитационни вълни, но беше необходимо да се разбере откъде идват, какво събитие ги е причинило. И така, за това програмата използва телескопи от цял свят, включително руската мрежа от телескопи MASTER. Все пак беше възможно да се определи източникът на вълните с помощта на чужда технология.
Много от теоретичните основи на експеримента, организиран в САЩ, са създадени в Русия. У нас един от пионерите в търсенето на гравитационни вълни беше известният физик, служител на Московския държавен университет Владимир Брагински.
Московският астрофизик, ръководител на проекта MASTER, Владимир Липунов, заедно с колегите си, още през 1992 г. публикува статия, в която се казва, че първото събитие за фиксиране на гравитационните вълни ще бъде именно сливането на черните дупки. Освен това е известно, че руските учени са допринесли за развитието на дизайна на детектора-интерферометър. Като цяло около хиляда души, по един или друг начин, взеха участие в проекта и руските физици направиха своя принос за общата кауза.
Може ли откриването на гравитационни вълни да се класира за Нобелова награда по физика?
- Като цяло откриването на гравитационни вълни е събитие от Нобелов клас. В повечето случаи откритията се случват неочаквано. Но през последните няколко години имаше две изключения, при които откритията бяха предсказани и те се случиха. Говорим за бозона на Хигс, откритието на който се чака от няколко десетилетия, и гравитационни вълни, за потвърждаване на които трябваше сто години. Всички тези събития бяха предсказани теоретично, и в двата случая теорията се оказа вярна и потвърдена от наблюдения. През 2013 г. главната награда по физика отиде при Франсоа Енглер и Питър Хигс. Мисля, че Нобеловата награда ще бъде присъдена и за откриването на гравитационни вълни.