Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Древер продумывал технологию с использованием интерферометров в течение двух лет и еще в самом начале работ в Глазго, в 70-е годы, познакомился с Форвардом. Он тоже затрудняется назвать истинного автора идеи использования интерферометра в качестве гравитационно-волнового детектора, но, по его не слишком четкому представлению, она тогда витала в воздухе. Однако же основополагающая мысль – которая, по мнению Рона, принадлежала Раю – была вот какая: многократно отраженный в плече интерферометра луч лазера может существенно увеличить чувствительность установки. Древеру пришла в голову вариация этой же идеи – резонатор Фабри – Перо, использование которого, естественно, заметно бы уменьшило расходы. Рон словно бы участвовал в дружеском состязании с немецкой группой, у которой, судя по всему, было больше денег, больше поддержки, больше вообще всего. И, надо признать, он завидовал немцам. Идея использования резонатора Фабри – Перо, посетившая Древера, могла дать ему конкурентное преимущество. Он рассказал о своем замысле на конференции в Йене, в Восточной Германии, тогда еще находившейся за “железным занавесом” холодной войны. Древер говорит, что было “достаточно волнующе попасть на автобусе за этот «занавес» и увидеть, насколько убого там все выглядит в сравнении с Западной Германией”.

Затем, на протяжении следующих десятилетий, сложность конструкции интерферометров возрастала по мере того, как каждая группа делала свой вклад в развивающийся проект. Прежде мне приходилось видеть только простые чертежи интерферометра. Но от них до реального интерферометра так же далеко, как от биологии одноклеточных до анатомии человеческого организма. Настоящий интерферометр – это итог десятилетий исследований, открытий, работы конструкторов и, наконец, физического труда. Я никогда бы не могла совершить подобное восхождение. Я – один из тех очкариков, которые стоят у подножия горы, дают советы, строят теории и подбадривают альпинистов, экипированных высокогорными ботинками, ледорубами и прочим полезным снаряжением. Я испытываю восхищение теоретика перед реальным экспериментом.

Я рассматриваю до смешного детальную схему аппарата, прямо-таки настоящий плакат, прикрепленный к стене лаборатории Калифорнийского технологического института, вдоль одного из плеч интерферометра. Профессионально изготовленный чертеж иллюстрирует сложную архитектуру прототипа. Он содержит гораздо больше линий, чем, казалось бы, необходимо для изображения траектории проходящего через аппарат лазерного луча, которая представляет собой (что вроде бы следует из мультфильма про эксперимент) простую поездку в два конца. Нет, прочитать этот чертеж мне явно не под силу. И я решаю его сфотографировать – на память. Но, боюсь, все не так просто. Чтобы вступить в Международное научное сообщество LIGO (LIGO Scientific Collaboration — LSC), вы должны подписать “Меморандум о взаимопонимании” и тем самым юридически взять на себя часть ответственности в работе над проектом. Я этот меморандум не подписывала и потому не уверена, что вправе делать такой снимок.

– Я ведь не являюсь членом LSC, так почему мне можно все это разглядывать?

Джейми смеется и легонько подталкивает меня локтем:

– Что, собираетесь соорудить такой же у себя дома?

Если вы и впрямь решили собственными силами соорудить интерферометр, то вам придется сделать следующее. Найти место с низкой сейсмической активностью. Затем построить два тоннеля (чем длиннее, тем лучше), соединив их под прямым углом, в виде буквы Г. Когда гравитационная волна движется в пространстве, расстояния между свободно движущимися телами растягиваются и сокращаются на очень незначительную величину. Эта величина зависит от длины тоннеля – точнее, от длины плеча интерферометра. Изменение длины при прохождении типичной гравитационной волны составит около десяти миллиардной части триллионной длины плеча. Если сделать плечо слишком коротким, прибор будет недостаточно чувствительным к гравитационным волнам и не заметит колебаний пространства.

В точке пересечения плеч интерферометра необходимо установить мощный высокоэнергетический лазер. Затем направить лазер на делитель луча, который, как следует из его названия, разбивает лазерный луч, посылая одну его часть вдоль первого плеча, а другую часть – вдоль второго. Принципиально важно откачать из тоннелей весь воздух, удалить все загрязняющие вещества и твердые частицы так, чтобы свет беспрепятственно распространялся в пустом пространстве. Это одна из важнейших задач – сохранять высокий вакуум. Ничто не должно рассеивать лазерный луч, поглощать его или взаимодействовать с ним как-то иначе. Луч света за стотысячную долю секунды пройдет расстояние, равное длине плеча интерферометра.

В конце плеч с помощью тончайших нитей необходимо подвесить очень хорошие зеркала. Подвеска зеркала должна быть устроена так, чтобы позволить ему почти свободно перемещаться в поперечном направлении. Когда пространство будет осциллировать (колебаться), зеркало начнет свободно качаться, повторяя колебания пространства, подобно пробке на волнах.

Подвешенные таким образом зеркала отражают свет обратно, туда, откуда он пришел, чтобы два луча смогли соединиться в начальной точке. При интерференции лучей света световые волны могут складываться, образуя светлое пятно, и могут вычитаться друг из друга, образуя темное пятно. Вместе чередующиеся темные и светлые пятна создают интерференционную картину. Если одно из плеч интерферометра немного удлинится, а другое станет чуть-чуть короче, то интерференционная картина изменится, отражая малейшую разницу в пройденном световыми лучами расстоянии, равную доле радиуса ядра атома водорода, или разницу во времени распространения света, равную одной тысячной триллионной от триллионной доли секунды. Ну вот, теперь у вас есть рабочий интерферометр.

Построили? Хорошо. А теперь повторите все операции заново. Потому что вам нужны два интерферометра.

По меньшей мере, два. Расположите второй подальше от первого. Второй прибор служит не только для подтверждения регистрации сигнала, но и для выяснения местонахождения источника звука. Польза от наличия на Земле двух детекторов сравнима у человека с пользой от обладания двумя ушами.

Итак, еще раз. Построить тоннели в форме буквы Г. Создать вакуум. Посветить лазером. Подвесить несколько зеркал. Заставить свет рекомбинировать. Исключить помехи. Записать звуки. Все просто.

Легче легкого.

Вы же уже почти поверили, что тут нет ничего сложного. Рай Вайсс начал с элементарной идеи: давайте подвесим зеркала таким образом, чтобы они свободно парили в пространстве и качались на его волнах. А затем вокруг свободно парящих зеркал построим интерферометр. Не так давно Рай, ругаясь на чем свет стоит, выскочил из лаборатории прямо в процессе настройки в одной из обсерваторий улучшенного детектора LIGO. Увидев это, кто-то из коллег, не зная, что сказать, бросил лениво: “Ну, Рай, как дела?”

“Машина чертовски сложная, – прокричал Рай на ходу, даже не взглянув на спросившего. – Охренеть можно, до чего сложная!”

Принципы академической этики повсюду одинаковы, независимо от специфики области научных исследований. В сообществе ученых делать ложные утверждения сродни преступлению. Проверяемость является основой любого научного знания. Фальсификация данных эксперимента не принесет вам славы. Если вы в этих данных видите искомый сигнал, а весь мир этого сигнала не наблюдает, то это не сулит вам ничего хорошего в плане научной карьеры. Вебер, должно быть, верил в собственную статистическую интерпретацию своих данных. Я не думаю, что он намеренно исказил свои результаты, скорее всего так не думает и большинство ученых, однако полностью отбрасывать этот вариант не следует.