Складки на ткани пространства-времени - Говерт Шиллинг

Рэю Вайссу, как никому другому, есть что рассказать о LIGO. Он считается отцом-основателем проекта, если не изобретателем метода лазерной интерферометрии. Кроме того, он яркая личность. Увлеченный, целеустремленный, отзывчивый – все, кому довелось с ним работать, тепло о нем отзываются (вернее, практически все). По мнению многих, проект LIGO не состоялся бы без его выдающихся способностей и неувядаемого энтузиазма.

Вайсс родился в Берлине осенью 1932 г. за считаные недели до того, как Альберт Эйнштейн навсегда покинул столицу Германии. В раннем детстве Райнер некоторое время жил в Праге, в семилетнем возрасте, перед самым началом Второй мировой войны, переехал с семьей в Нью-Йорк (отец Вайсса был врач-еврей.) Рэй оказался одаренным и любознательным ребенком, на все руки мастером. Он мог починить тостер. Мог разобрать часы и снова собрать. Он обшаривал закоулки в поисках выброшенных радиодеталей – вдруг пригодятся. Подростком он занялся маленьким бизнесом, ремонтируя радиоприемники и фонографы одноклассников.

К концу 1940-х гг. Вайсс стал кем-то вроде аудиоинженера. Его приглашали для создания полупрофессиональных акустических систем. Он не купался в золоте, но зарабатывал очень неплохо. Зачем было идти в колледж? Он вспоминает, что хотел больше узнать о методах шумоподавления. Популярные в те времена грампластинки со скоростью воспроизведения 78 об/мин сильно трещали и шипели, и Вайсс не знал, как решить эту проблему. Он надеялся, что обучение проектированию электрических устройств в прославленном Массачусетском технологическом институте в Кембридже окажется полезным.

Оказалось, напрасно. На занятиях по инженерному делу Вайсс томился от скуки – он не узнал ничего нового. Возможно, физика окажется интереснее? В какой-то степени эти ожидания оправдались. Однако он слишком отвлекался на другие стороны жизни, чтобы преуспеть в учебе, – например, безнадежно влюбился в красивую пианистку. «Я следовал за ней до самого Чикаго, – вспоминает он, – но она, видимо, решила, что я слишком влюблен, чтобы быть полезным. В конце концов я вернулся в MIT»[45].

Примерно в 1960 г. физика наконец покорила его. Точнее, экспериментальная физика. Работая над дипломом под руководством профессора Джерролда Захариаса, Вайсс сумел создать нечто вроде первых атомных часов для коммерческого применения. Они стали предшественниками «мистера Часы» – устройства, которое лет через десять облетит земной шар в эксперименте Джозефа Хафеле и Ричарда Китингом. Сам Захариас планировал взять часы Вайсса на Юнгфрауйох, гору в Швейцарских Альпах высотой 3470 м, и измерить эффект гравитационного красного смещения намного точнее Роберта Паунда и Глена Ребки, только что поставивших аналогичный эксперимент в соседнем Гарварде.

Планы, связанные со Швейцарией, остались неосуществленными, но Вайсс серьезно увлекся всем, связанным с гравитацией и точными измерениями, – наилучшая научная база для будущего инициатора проекта LIGO. Два года он строил гравиметры в качестве постдокторанта под руководством знаменитого физика Роберта Дикке в Принстонском университете. Вернувшись в MIT, организовал исследовательскую группу для изучения космологии и гравитации. (О космологии – науке о Вселенной – вы узнаете подробнее из главы 9.) В 1960-е гг. эта область исследования находилась в процессе становления. Теория Большого взрыва стала еще более популярной. В частности, в 1964 г. было открыто реликтовое излучение, которое часто называют послесвечением творения. Для физика было очевидно, что космология и ОТО – две стороны одной медали.

Неудивительно, что сотрудники физического факультета MIT предложили Вайссу читать курс ОТО. Это было в 1967 г., примерно в то время, когда Джоселин Белл открыла первый пульсар. Но Рэй Вайсс был на все руки мастер, а не теоретик. «Математика была далека от меня, – говорит он. – Я, конечно, не мог признаться, что не владею материалом. Это был ужасный год. Все свободное время я изучал релятивизм. Иногда я опережал своих студентов всего на день. Они были намного смекалистее меня».

Тем временем в нескольких сотнях километров к юго-востоку, в университете Мэриленда, Джо Вебер экспериментировал с резонаторными детекторами (вы читали об этом в главе 4). Узнав об этом, студенты Вайсса заинтересовались и задали ему вопрос о регистрации гравитационных волн. Снова темный лес! Однако он нашел изящный способ объяснить им идею при помощи трех далеко разнесенных в пространстве, не испытывающих ускорения «контрольных грузов» и точных часов – о часах он знал все. «Не думайте об измерении изменений расстояния, – сказал он студентам. – Представьте, что меряете изменение времени перемещения света. Вы уже должны понимать, о чем идет речь».

Вайсс не знал, что идея не нова. Два русских исследователя, Михаил Герценштейн и Владислав Пустовойт, опубликовали сходные мысли на несколько лет раньше. Однако статья вышла в советском журнале, о котором в США, вероятно, и не слышали. В те годы одним из немногих американских физиков, поддерживающих тесный контакт с советскими коллегами, был теоретик Кип Торн из Калифорнийского технологического института в Пасадене. В разгар холодной войны Торн регулярно ездил в МГУ для совместной работы с группой прецизионных измерений под руководством Владимира Брагинского, благодаря чему и узнал о публикациях.

Как бы то ни было, Вайсс сформулировал базовые принципы гравитационно-волнового интерферометра в эпохальной статье, вышедшей в 1972 г. в Quarterly Progress Report в MIT[46]. Почти 45 лет спустя ученые, в том числе Торн, высоко ее ценят. В ней описано большинство основных элементов конструкции, детально рассмотрены многие источники шума, с которыми придется столкнуться экспериментаторам, и, главное, возможные пути решения этих проблем. Эта статья очень помогла ученым, уже работавшим над первыми маленькими прототипами интерферометров.

Почему Вайсс сам не построил прототип детектора по рецепту, написанному им в 1972 г.? В действительности построил, но из-за отсутствия денег работа затянулась. Изначально физический факультет MIT получал основное финансирование от министерства обороны. После Второй мировой войны военные нуждались во всех перспективных блестящих ученых и инженерах, которых только могли привлечь. «Не важно, чем они занимаются, просто обеспечьте поток выпускников» – таков был принцип. В начале 1970-х гг., во время безумной, по словам Вайсса, войны во Вьетнаме, эта ситуация стала неудобной для многих людей с левыми взглядами. Они считали, что военные не должны иметь никакого влияния на развитие науки. Новые законы гарантировали, что в будущем министерство обороны сможет поддерживать только научную деятельность, связанную с вопросами национальной безопасности. Космология и гравитация были не сказать чтобы связаны с национальной безопасностью, поэтому Вайсс лишился финансирования от военных, а у MIT было мало как средств, чтобы компенсировать эту потерю, так и заинтересованности. Вскоре администрация института решила распустить его группу. Работа Вайсса над космической миссией по изучению реликтового излучения по-прежнему оплачивалась НАСА, но на программе исследования гравитационных волн был в одночасье поставлен крест (результатом космической миссии стал спутник COBE – Cosmic Background Explorer)[47]. Вайссу пришлось обратиться за грантом в Национальный научный фонд (NSF).