Складки на ткани пространства-времени - Говерт Шиллинг

Дополнительные подсистемы интерферометра еще больше увеличивают чувствительность. Например, лазерный «чистильщик» (официальное название – фильтр входного сигнала) гарантирует максимально возможную чистоту и стабильность света лазера. Волны, входящие в туннели, должны иметь в точности одинаковую длину и быть идеально когерентными.

Еще один обязательный элемент – зеркало рециркуляции мощности. Полагаю, вы помните, что происходит, когда пучки лазерного излучения, возвращающиеся из двух плеч L-образной конструкции, снова встречаются на светоделителе: они нейтрализуют друг друга в одном направлении (к темному порту) и взаимно усиливаются в другом (в направлении лазера). Таким образом, во время эксплуатации в штатном режиме довольно много лазерного излучения возвращается туда, где возникло. Не использовать эту мощность лазерной установки означало бы транжирить ресурсы. Зеркало рециркуляции мощности отправляет свет обратно в интерферометр. В результате еще больше фотонов носятся взад-вперед по туннелям, а чем выше мощность лазерного излучения, тем выше точность измерений.

Намного меньшее количество света, который время от времени попадает в темный порт инструмента, также идет в дело, отражаясь обратно в плечи интерферометра. Этот достаточно новый процесс называется рециркуляцией сигнала. Ученые даже экспериментируют с так называемым сжатым светом – хитростью из области квантовой оптики, в которой принцип неопределенности Гейзенберга оборачивается нам на пользу. Не волнуйтесь, если вы не вполне его понимаете, этим могут похвастать немногие физики. Важен результат – еще большая точность.

Большая наука, например физика гравитационных волн, дело непростое. Резонансные антенны Джо Вебера были весьма продвинутыми – один из собственных детекторов Вебера ныне выставлен перед входом в обсерваторию LIGO в Хэнфорде, – но создание действующего интерферометра для регистрации волн Эйнштейна представляет собой задачу совершенно другого уровня. Все здесь является выходом на пределы возможностей науки и технологии. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с примесью неодима (Nd: YAG), фильтры входного сигнала, светоделители, система сверхглубокого вакуума, сверхгладкие кремниевые зеркала, антивибрационные системы шумоподавления, рециркуляция мощности и сигнала, чувствительные фотодетекторы, невероятно точные измерения – все должно функционировать идеально согласованно и безошибочно.

Так и происходит, о чем свидетельствует регистрация GW150914. Почти через столетие после того, как Альберт Эйнштейн выдвинул предположение о существовании неуловимых возмущений пространственно-временного континуума, физики наконец смогли зарегистрировать их напрямую. Самое время поговорить о настойчивости.

_________

Весной 1998 г. начальник строительства LIGO в Ливингстоне Джерри Стэпфер в разговоре со мной выразил уверенность, что гравитационные волны будут зарегистрированы вскоре после ввода интерферометра в эксплуатацию в 2002 г. «Нужно во что-то верить», – сказал он. Однако и к 2010 г. долгие месяцы наблюдений ничего не дали. По общему мнению, первая версия LIGO была недостаточно чувствительна, чтобы сделать хотя бы одну убедительную регистрацию за 8 лет.

Почти через 17 лет после моего первого посещения, в январе 2015 г., Фредерик Рааб, тогда руководитель LIGO в Хэнфорде, был столь же оптимистичен. «Все очень удивятся, если ничего не найдется», – заявил он[42]. К тому времени в уже имевшихся зданиях и туннелях был собран совершенно новый комплекс из лазеров, зеркал, систем подвеса и детекторов. Ученые, инженеры и техники занимались пусконаладочными работами; только что впервые удалось добиться запирания в одном из плеч интерферометра. Детектор во втором, усовершенствованном воплощении Advanced LIGO (aLIGO) после полной отладки должен был стать в 10 раз чувствительнее первоначального Initial LIGO (iLIGO) и смог бы принимать сигналы от источника в 10 раз более дальнего, наблюдая за пространством, в 1000 раз более обширным. Оптимизм Рааба оказался оправданным.

Тем не менее на обратном пути через пустыню в отель в Ричланде я вспоминал множество предыдущих ошибок и фальстартов в поиске гравитационных волн. Величайшие умы планеты десятилетиями спорили на эту тему. Сам Эйнштейн никогда не был совершенно убежден в их существовании. До сих пор поиск – а попыток было много – ни разу не увенчался успехом. Теперь новое поколение блестящих ученых делает решающую ставку на гигантские дорогостоящие лазерные интерферометры – самое чувствительное измерительное оборудование в истории человечества[43].

Что, если они ошибаются? Что, если окажется, что волн Эйнштейна не существует?

Той ночью я не смог заснуть. Рядом трудятся ученые, и некоторые посвятили разработке этого метода больше 40 лет. Они преодолели технологические ограничения, политические препоны, проблемы финансирования и личные конфликты. Они отдали все, чтобы достичь результата – создания гигантских лазерных установок, которые наконец зарегистрируют волны в самой ткани мироздания. Вдруг все это зря?

Пока я беспокоился, распространяющееся возмущение пространственно-временного континуума, вызванное столкновением двух ЧД в дальней части Вселенной, почти завершило свой путь продолжительностью 1,3 млрд лет к нашей крохотной планете на окраине Млечного Пути. Утратив первоначальную мощь, оно стало не более чем легчайшим шепотом, неразличимым для любых ушей, кроме самых чутких. Первая волна Эйнштейна, которой предстояло быть впервые зарегистрированной на Земле, уже миновала Проксиму Центавра, нашу ближайшую звездную соседку. Она почти неуловимо растянула и сжала ледяные кометы на одной стороне облака Оорта. В двух третях светового года впереди находилось Солнце, вокруг которого вращается крохотная голубая планета.

В нужный момент LIGO будет готова.

Моя первая встреча с Рэем Вайссом произошла в лифте Конференц-центра штата Вашингтон в Сиэтле в начале января 2015 г. Я приехал на 225-е собрание Американского астрономического общества. Вайсс собирался делать презентацию по истории физики гравитационных волн. Мы вместе спустились на три этажа, обменялись приветствиями, ничего не обсуждая. «Тихий старичок», – подумал я.

Я ошибался. Вайсс был 82-летним старцем, но определенно не тихим, в чем я убедился в тот же день. После презентации я задал ему пару вопросов, и он говорил не переставая. Имена, даты, события, подсказки для моей книги, технические подробности, профессиональные шутки, истории из жизни – он оказался неисчерпаемым источником информации. Во время интервью летом 2016 г. все повторилось[44]. Я попросил уделить мне 45 минут, но мы проговорили почти полтора часа – точнее, он проговорил.