Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

В поисках работы несчастный, отчисленный из колледжа Рай бродил по Массачусетскому технологическому институту и случайно оказался в Фанерном дворце, хлипком сооружении, поспешно возведенном на самой границе кампуса во время Второй мировой войны. Изначально предполагалось, что непрочное деревянное строение проживет всего несколько лет, однако скрипучее, продуваемое насквозь и неуютное здание просуществовало целые десятилетия, хотя иногда наспех установленные оконные рамы и выпадали под порывами ветра прямо на улицу Вассара. Оно так и не получило официального названия помимо того, под которым значилось в принятой в МТИ системе нумерации зданий: “строение 20”. Фанерный дворец – трудно было бы подыскать для него более удачное прозвище. Ничем не примечательный внешне, Дворец был знаменит в узких кругах, так как его “недолговечность” полвека испытывали на прочность ученые. В фанерных стенах и потолках было проделано множество отверстий, а многочисленные трубы проходили прямо над головой или за тонкими перегородками. Голоса и идеи, заключенные внутри коробки с гудроновой крышей и внешними стенками из асбеста, заполняли собой это трехэтажное сооружение, и казалось, будто сама убогость невзрачного строения способствовала тому, чтобы его обитатели смогли справиться с любыми трудностями. По меньшей мере девять нобелевских лауреатов сделали свои открытия в строении 20. Там было положено начало разнообразным исследованиям в областях радиолокации, лингвистики, нейронных сетей, звукотехники, гравитационной (физики… тематический спектр оказался настолько широк, что Фанерный дворец стал своего рода культурным феноменом, разобраться в сути которого можно, лишь сумев ответить на вопрос – что же именно помогло создать столь насыщенную креативностью атмосферу? Дворец, вопреки всем прогнозам, простоял больше пятидесяти лет. Его снесли только в 1998-м; ученые, жители соседних домов и дети, привыкшие играть рядом с ним, устроили Фанерному дворцу молчаливые проводы – собрались вместе и наблюдали за крушившими его рабочими.

Рай был против сноса строения 20 – так проигравшая тяжбу сторона из последних сил сопротивляется принудительному отчуждению частной собственности. В Фанерном дворце нельзя было повернуться, не натолкнувшись на кого-нибудь, но зато подобные неожиданные встречи могли оказаться совершенно бесценными. Однажды, например, Рай помогал некоему биологу проводить опыты с мертвой кошкой. “Ну ладно, с почти мертвой кошкой”. У того засбоила электроника, подключенная к зондам в теле бедной зверушки. Раю удалось на время абстрагироваться от своей любви к кошкам (он боялся смотреть на животное) и помочь биологу получить нужные данные. “Мы составляли прелюбопытнейшее маленькое сообщество”, – говорит Рай.

Миновало уже шестьдесят лет с тех пор, как Рай бродил по хлипкому трехэтажному строению и спрашивал: “Скажите, вам случайно не нужен помощник?” С того времени он мало изменился, хотя, конечно, в профессиональном отношении значительно вырос. Иногда помощник действительно требовался, и в итоге Рай два года проработал техником-лаборантом, прежде чем снова стать сначала студентом, а затем и аспирантом. “Вот аспирантом мне быть очень нравилось. Но я женился и, когда моя жена забеременела, наконец-то понял, что в жизни нужно что-то менять. Пришло время, так сказать, выбиваться в люди. А так вообще-то я бы остался вечным аспирантом, ведь тогда мне было очень весело. Я мог участвовать в самых разных экспериментах и никогда не думал о деньгах или чем-то подобном – просто проводил один эксперимент за другим. Причем некоторые из них были довольно чудные”. Рай получил степень и вернулся в Массачусетский технологический институт уже в качестве профессора, поработав перед этим в Университете Тафтса и в Принстонском университете. Не вдаваясь в подробности того, почему он покинул Принстон, Рай коротко сообщает, что ему не понравился тамошний климат.

Идея пришла к нему во время курса лекций, который он, начинающий профессор, читал на еще мало тогда известную тему: общая теория относительности Эйнштейна, теория искривленного пространства-времени.

– В институте подумали – черт побери, он же работал в Принстоне, так что наверняка должен разбираться в теории относительности!.. Но я знал о ней не больше, чем писали в популярной литературе. Я имею в виду общую теорию относительности, не специальную.

Мне стыдно было признаться, что я не знаю общей теории относительности. Я ведь запустил здесь исследовательскую программу по изучению гравитации, а теперь вдруг скажу всем, что совершенно не разбираюсь в общей теории относительности?.. Короче, это была проблема. Но не мог же я просто отказаться!

И я начал читать курс по теории относительности. К истории LIGO все это имеет вот какое отношение: эксперимент был придуман как раз во время этих лекций. В году то ли 1968-м, то ли 69-м. В освоении материала я опережал своих студентов всего на один день. У меня были страшные сложности с математикой. Поэтому я старался все объяснять при помощи мысленных экспериментов. Пытался сам все осмыслить. Математика всегда оставалась вне пределов моего понимания, но я не сдавался и продолжал стараться. Мои лекции посещали очень хорошие студенты – они не могли не заметить, что материал я объясняю довольно неуклюже, и все-таки им было интересно, потому что я всегда стремился рассказывать в основном об экспериментах, а это было редкостью. Никто прежде не читал курс по общей теории относительности, сосредотачиваясь на экспериментах… И студенты не прогуливали мои занятия. Потому что я рассказывал им много такого, чего они больше нигде не смогли бы услышать.

И вот они попросили меня обсудить гравитационные волны. Я прочитал статьи Эйнштейна на немецком языке, я ведь говорю по-немецки. И почерпнул оттуда простую идею: можно посылать лучи света, заставив их отражаться от тел, и измерять, что с ними происходит. Это единственное, что я по-настоящему понял во всей его чертовой теории.

Я поставил перед студентами задачу в виде мысленного эксперимента, потому что так ее хотя бы можно было решить, – предложил измерять гравитационные волны, посылая лучи света между телами. Идея заключалась в том, чтобы разместить в вершинах прямоугольного треугольника тела, свободно парящие в вакууме. Посылая между ними лучи света, мы можем выяснить, как гравитационная волна влияет на время, необходимое, чтобы свет дошел от одного тела до другого. Очень абстрактная задача. Трудно было даже представить, что она может иметь какое-то практическое значение…

Итак, пусть зеркала свободно парят в пространстве параллельно друг другу. Если измерять расстояние между ними, то удастся зафиксировать изменение формы пространства-времени, а значит, зарегистрировать гравитационную волну. Поскольку скорость света неизменна, время, которое требуется световой волне для распространения между двумя объектами, зависит от длины ее пути. Если свет проходит расстояние между зеркалами немного дольше, то получается, что расстояние между зеркалами увеличилось. Если же время распространения света между зеркалами оказывается чуть короче, значит, расстояние между зеркалами сократилось.

Даже самые точные часы в мире не в силах зарегистрировать такие маленькие изменения времени. И Рай придумал использовать плавающие зеркала для создания гораздо более прецизионного инструмента – интерферометра[6]. В интерферометре свет распространяется вдоль двух плеч прибора, расположенных друг относительно друга под прямым углом, в виде буквы Г. Лазерный луч разделяется надвое, так что один луч распространяется вдоль одной части буквы Г, а другой – вдоль второй, перпендикулярной, части. Каждый луч отражается от зеркала, расположенного на дальнем конце соответствующего плеча, и возвращается в исходную точку, где оба луча интерферируют друг с другом. В месте интерференции лучей появляются чередующиеся зоны двух типов. Если свет прошел одинаковое расстояние в каждом из направлений, то световые волны в одних зонах складываются, образуя яркие светлые пятна, а в других – идеально компенсируют друг друга, образуя абсолютно темные пятна. Если же длина плеч разная, то лучи света также соберутся вместе, но уже неидеально, иными словами, синхронизация между ними нарушится. (Интерферометр сокращенно называют ifo, причем иногда это коротенькое слово произносят не плавно, а выговаривают каждую букву по отдельности, словно они разделены знаками препинания, – i.f.o.)