«Если», 2016 № 02

Усилия западных ученых тоже долгое время не давали практического результата. Несмотря на успешное создание антигравитационного устройства еще в 1952 году (Джонс Р. Ф. «Уровень шума»), спустя десять лет, когда советские ученые уже вовсю экспериментировали с гравитацией на Эйномии, буржуазная наука не продвинулась дальше создания детских игрушек (Гаррисон Г. М. «Магазин игрушек»).

Как это работает

Юра не выдержал и прошептал Эзре прямо в ухо: — Что случилось? Почему все так радуются?

Эзра, слегка повернув голову, пробубнил:

— Получили упреждение. Доказали. Что гравитация распространяется. Быстрее света. Впервые доказали.

Аркадий и Борис Стругацкие. Стажеры

Ньютон не конкретизировал природы введенной им силы всемирного тяготения. «Гипотез не измышляю», — отвечал он на вопрос, откуда берется тяготение. Эйнштейн попытался продвинуться на один шаг дальше, предположив, что никакой силы тяготения на самом деле не существует: все тела стремятся двигаться по инерции равномерно и прямолинейно, а гравитационное поле лишь искривление пространства-времени. «Прямая» же, по которой они движутся в «кривом» пространстве-времени, представляется нам кривой.

Попробуем наглядно представить себе, как выглядит искривленное пространство-время. Из «правильной», действительно научной, фантастики и хорошей научно-популярной литературы многие, возможно, помнят, что в гравитационном поле с пространством-временем происходят две вещи: время в гравитационном поле замедляется, а вертикальное расстояние сокращается. Чтобы изобразить этот процесс, возьмем прямоугольную декартову сетку координат, в которой по горизонтали отложено время, а по вертикали высота, и начнем ее искривлять.

Сначала сократим расстояние, то есть сделаем масштаб по вертикали неравномерным. Сетка после этого все еще будет прямоугольной. После этого останется учесть замедление времени — для этого нам придется изогнуть сетку так, чтобы масштаб оси времени внизу отличался от масштаба времени наверху. Итоговый результат должен быть таким, чтобы траектория падающего тела, нарисованная в искривленном пространстве-времени, стала прямой линией.

Гравитационные волны, порождаемые, например, вращающимися друг относительно друга массами, представляют собой локальные искривления пространства-времени, распространяющиеся, как считается, со скоростью света. Если на пути такого возмущения окажется какое-либо материальное тело, то оно начнет сжиматься и растягиваться в такт колебаниям гравитационной волны. Проблема в том, что эти колебания чрезвычайно малы. Например, при прохождении гравитационной волны, зафиксированной в сентябре 2015 года, относительное изменение длины плеча интерферометра составило порядка 10–21. Чтобы представить себе малость этой величины, вообразите, что вы измеряете расстояние от Земли до Луны. Так вот, 10–21 от этого расстояния составит меньше одной миллиардной миллиметра — в тысячу раз меньше размера атома. Теперь вы можете представить, насколько технически сложной была задача регистрации гравитационных волн!

Сначала гравитационные волны пытались ловить, измеряя деформации большого металлического цилиндра. Первый детектор подобного типа был построен Джозефом Вебером в 1960 году. Но, как вы уже, вероятно, смогли догадаться, обнаружить столь малые деформации ему не удалось.

Всего через два года после первых опытов Вебера, в 1962 году, два советских физика, Михаил Герценштейн и Владислав Пусто-войт, предложили принципиально иной способ регистрации сверхмалых смещений, используя для этого лазерный интерферометр. Луч света в интерферометре огромное количество раз путешествует туда и обратно между двумя зеркалами, в результате чего сдвиг фазы света, вызванный смещением одного из зеркал, многократно нарастает. Именно этот способ и был использован в решающем эксперименте. Зависимость сдвига фазы света от времени совпала с расчетом того, как он должен себя вести, находясь в поле гравитационной волны, порожденной в процессе слияния двух черных дыр. Это как если бы, например, никто никогда не слышал звука скрипки, но у исследователей был бы чертеж скрипки и они бы просчитали, какой звук, с каким тембром, с какими гармониками она должна издавать. После этого кто-то принес бы запись звука и его смогли бы идентифицировать именно как звук скрипки, а не альта и не виолончели, и тем более не трубы или рояля.