Рубрики Вeликoлeпнo, учитывaя прoтивoрeчивую истoрию этoй oблaсти, чтo нeoпрoвeржимoe oбнaружeниe всe жe нaшлo мeстo. И oткрыл, чтo нa грaницe прoстрaнствa-врeмeни eсть бoльшe, чeм oднa бeскoнeчнoсть, и нужнo выбрaть прaвильную бeскoнeчнoсть для включeния в свoe услoвиe. В 1955 гoду Нaтaн Рoзeн пoпытaлся дoкaзaть, чтo грaвитaциoнныe вoлны нe пeрeнoсят энeргию, пoэтoму являются фoрмaльнo мaтeмaтичeским кoнструктoм бeз физичeскoгo знaчeния. Кoгдa вoлнa прoxoдит, шaрики будут двигaться впeрeд и нaзaд, нo пaлкa будeт oстaвaться жeсткoй, пoскoльку элeктрoмaгнитныe силы в пaлкe будут пытaться удeрживaть aтoмы и элeктрoны в тoм жe пoлoжeнии, где они и были ранее. Некоторые пытались провести эти расчеты в 50-х и 60-х, но получали некорректные ответы. Арбитраж написал 10-страничный отчет о возможной ошибке и отправил обратно Эйнштейну. Представьте Северный полюс. Эйнштейн писал, что вряд ли кто-то найдет систему, на поведение которой будут значительно влиять гравитационные волны. В 1916 году Эйнштейн думал, что Шварцшильд нашел физическое упрощение: точно так же, как можно было бы рассматривать Землю точечной массой (с ее массой, сосредоточенной в точке) для простоты, они решили, что «решение Шварцшильда» — сегодня мы зовем это черной дырой — считает Солнце точечной массой для удобства. «Гравитационных волн нет…», «…плоские гравитационные волны, путешествующие вдоль положительной оси X, могут быть, следовательно, обнаружены…», «…гравитационные волн не существует…», «…существуют ли гравитационные волны?», «…выходит, существуют строгие решения…» — это слова Альберта Эйнштейна. Теперь же выяснилось, что эта сингулярность была лишь сингулярностью координат; нет такой проблемы у гравитационных волн. И тогда следующим шагом стало прогнозирование конкретного сигнала, который смогли бы уловить детекторы LIGO. Эддингтон проделал расчеты, чтобы убедиться воочию, и понял, что два других типа волн, побочных, могут двигаться со скоростью, зависимой от вашей системы координат, и сказал, таким образом, что эти ложные волны «движутся со скоростью мысли». Английский астроном и физик Артур Стэнли Эддингтон откликнулся на работу Эйнштейна в 1922 году и заинтересовался вопросом: движутся ли гравитационные волны со скоростью света? Возможно, в поиске неожиданных сигналов нам поможет машинное обучение. Гравитационные волны были смелой, дерзкой идеей, которая начала волновать умы людей еще 100 лет назад, но с тех пор нас не покидало чувство неопределенности. Наши надежды наткнуться на что-то слегка преувеличены, потому что LIGO работает уже некоторое время, и если бы сигнал был большим, мы бы его увидели. Это прелестная фраза, поскольку она отражает скепсис — «путешествие на скорости мысли» это из области несуществующего. Самое крупное сомнение было в существовании гравитационных волн. Это лишь пара примеров из многогранных концептуальных и формульных прорывов того времени. Но люди так и не знали никаких астрофизических источников гравитационных волн, которые были бы достаточно сильными, чтобы их можно было обнаружить, верно? Они не считали возможной концентрацию массы в точке. Коллаборация отправляет часть данных LIGO всем желающим, и если кто-то хочет поискать закономерности в сигналах, пусть дерзает. Аргумент Розена был поднят на конференции в 1957 году в Чапел-Хилл, и весьма удачно некто по имени Феликс Пирани также оказался на конференции. И все потому, что сигнал, который вы можете обнаружить, это характерная линия, а вам нужно отделить зерна от плевел. И тогда люди вроде Джо Вебера решили попытаться обнаружить гравитационные волны. Насколько потрясающим стало для вас объявление прошлого четверга? Похоже, разглядеть что-то неожиданное будет нелегко. И некоторые люди заговорили, что даже если гравитационные волны существуют, их невозможно уловить. Поэтому Эйнштейн и Розен были озадачены. Почему же тогда Эйнштейн не поверил в черные дыры? Тот так рассердился, что просто снял работу с публикации. Верно. Но вы сможете отфильтровать его, если только будете знать, как он выглядит, как вам скажут теоретики. И тогда Эйнштейн снова передумал и в 1936 году заявил, что гравитационных волн не существует. Физически он существует. А когда черные дыры сливаются, гравитация невероятно сильная, поэтому вам нужны численные методы, чтобы провести расчеты на суперкомпьютере. Есть надежда, что LIGO «откроет новое окно во Вселенную», обнаруживая гравитационные волны ранее неизвестных астрофизических объектов. Учитывая усилия, которые были затрачены на распознание сигнала от слияния черных дыр, как мы сможем увидеть неожиданное? В 60-х годах Роджер Пенроуз, великий английский релятивист, изучал структуру пространства-времени. Но единого метода, который позволил бы вам сделать сразу все, просто нет. Если гравитационные волны сравнить с глубоководной океанской качкой, будут ли они влиять на нас или же мы (и все вокруг) будем двигаться в унисон с этими волнами? Существуют ли в том виде, в каком мы сможем их обнаружить? Одна из возможностей в том, что неожиданное может помочь нам, если будет очень большим сигналов. Кеннефик рассказал журналу Quanta Magazine, куда направляются теоретики с новым открытием. Он указывал, что волны обычной бинарной системы звезд переносят так мало энергии, что мы никогда не заметили изменения в такой системе — и это правда. Как только мы отвечали на один вопрос, появлялся новый. В некоторых случаях, они получали ответ, по которому черная дыра получает энергию, а не теряет ее, поскольку делали ошибку и входящие волны у них приносили энергию из бесконечного далека. Поэтому им пришлось написать эту работу и отправить в Physical Review. Наша измерительная система просто ломается, но это не значит, что Северного полюса не существует или что вы не можете туда отправиться. И вот чем я занимался. Для первого этапа вы должны использовать методы приближения, которые уже имелись, но было нужно еще на несколько порядков больше уровней приближения, и вот это-то и было проблемой. Как фраза в названии вашей книги — «путешествуя со скоростью мысли» — подчеркивает эту неопределенность? Нам хотелось заиметь прогноз формы волны с самого начала, когда LIGO может увидеть сигнал, и до конца, когда черная дыра уже успокоится и не будет испускать никаких волн. С другой стороны, она отражает важность скепсиса, ведь, в конце концов, есть только один, а не три типа гравитационных волн. Этот вопрос был решен раз и навсегда на прошлой неделе, когда ученые из обсерватории Advanced LIGO (Advanced Interferometer Gravitational-Wave Observatory) сообщили об обнаружении гравитационных волн, родившихся в результате слияние двух черных дыр в миллиарде световых лет от нас. Вот об этом сильно спорили в 50-х. Если я спрошу вас, какова долгота Северного полюса, вы скажете: что ж, все линии долготы проходят через Северный полюс. Очарованный спорной историей исследований гравитационных волн, Кеннефик начал с истории; в 2007 году он написал книгу «Путешествуя со скоростью мысли: Эйнштейн и поиск гравитационных волн», а в прошлом году стал соавтором An Enstein Encyclopedia, энциклопедии, посвященной великому ученому. Причина, по которой мы видим две черные дыры, в том, что они ближе друг к другу, чем могут быть две звезды. До этого, в том же году, когда он думал, что волн не существует, он использовал неправильную систему координат. Или более онтологически: что такое реальность? И парень по имени Франс Преториус нашел способ это сделать, а после появились и методы. И эта энергия должна браться от гравитационной волны. Сигнал имел место, ровно с той формой волны, как и предсказывалось, от слияния двух черных дыр. И как был решен этот вопрос? Дэниел Кеннефик, физик-теоретик из Университета штата Арканзас, начал свою карьеру в качестве аспиранта, работающего с соучредителем LIGO Кипом Торном над этим доказательством общей теории относительности. К 1930-м годам до людей начало доходить: «А знаете, непонятно, какая теория могла бы этому препятствовать». Несомненно, у всех были сомнения — тому причиной была серия противоречий. Поэтому пару лет назад они решили так: «Выбора нет. Чтобы уловить сигнал — крошечный шквал сокращений и расширений в пространстве-времени, этот «чик-чирик», как его называют ученые — потребовались необычные технологии. Они думали, что это невозможно, возмутительно. У черных дыр и без того весьма сложная и противоречивая история, и обнаружение LIGO — по сути, первое полное доказательство существования черных дыр. Следовательно, эта волна обладает энергия». Но сделать это сложно, поскольку вам нужен принципиально другой математический формализм, чтобы описать очень далекое гравитационное поле — в «бесконечности» или где-то здесь, на Земле — в отличие от того, с помощью которого описывают сами черные дыры. Вместе с этим подтвердили также существование пары черных дыр — этаких воронок в пространстве-времени, в существование которых поверить было еще сложнее. Почти 100 лет потребовалось ученым, чтобы подтвердить предсказанное Эйнштейном: гравитационные волны не только существуют, их можно наблюдать, слышать, если точнее, по мере движения через космос. Как люди потом выяснили, на что будут похожи гравитационные волны, произведенные сливающимися черными дырами, на Земле? В 1960-х годах группа Джона Уилера, в которой был также Кип Торн, и другие разработали теорию черных дыр. Черные дыры маленькие и массивные, поэтому могут оказаться близко друг к другу и вращаться очень и очень быстро. По предложению коллеги, он перешел к другой системе координат, и она позволила ему четче разглядеть, что волны были. Эйнштейн и его ассистент Натан Розен искали точное (а не приблизительное) решение гравитационных волн и наткнулись на проблему. Поскольку Эйнштейн не верил в существование черных дыр, он не подозревал и о существовании системы, которая позволила бы нам увидеть гравитационные волны.
Опубликовано 1 марта, 2016 adminGWP