Нижегородские ученые входят в коллаборацию LIGO

Как стало известно вчера, лауреатами Нобелевской премии по физике в этом году стали три человека - Кип Торн, Райнер Вайсс и Барри Бариш - с формулировкой "за решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн"! И, пожалуй, это было ожидаемо, поскольку и сама установка - детектор LIGO - является уникальной по масштабам и сложности, и эффект, который удалось на нем поймать, по вселенским масштабам просто ювелирный.
Для начала несколько слов именно об эффекте. Не секрет, что пространство-время, в котором мы все живем, хоть и очень слабо, но все же искривлено. Например, даже для гравитационного поля Земли можно заметить, что скорость хода часов зависит от высоты, на которой они находятся. В повседневной жизни мы этого не замечаем, однако в работе спутников системы GPS или Глонасс эта разница обязательно учитывается.
Этот эффект хорошо описывается в рамках общей теории относительности, сформулированной А. Эйнштейном чуть более 100 лет назад. Та же теория предсказала, что небольшие изменения в кривизне пространства-времени могут распространяться в виде волн, бегущих со скоростью света. Эти волны и получили название гравитационных.
Попытки детектирования подобных волн предпринимались с середины XX века, однако все они упирались в невозможность обеспечения необходимой чувствительности аппаратуры. Впервые ее удалось достичь именно на оборудовании коллаборации LIGO – системе из двух интерферометров с длиной плеч по 4 км, расположенных на восточном и западном побережьях США, причем только лишь после нескольких лет безуспешных поисков сигнала и серьезного «апгрейда» в сентябре 2015 года.
Справедливости ради стоит отметить, что сама идея использования интерферометров для поиска гравитационных волн была предложена советскими физиками М.Е. Герценштейном и В.И. Пустовойтом в 1962 году. В своей статье в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» они показали, что такой способ хоть и сложен, но принципиально лучше, чем электромеханический подход, активно продвигаемый в то время американским исследователем Дж. Вебером.
В 1980-е годы благодаря инициативе Кипа Торна в США родился проект строительства гигантского интерферометра, который должен был позволить зафиксировать неуловимые гравитационные волны. Безусловно, реализация проекта нуждалась в решении очень многих научно-технических задач, отчего он превратился в большую коллаборацию из более чем тысячи ученых со всего мира. Приятно отметить, что в нее вошли и представители отечественной науки – это группа ученых с физического факультета МГУ им. М.И. Ломоносова и сотрудники нижегородского Института прикладной физики РАН, двое из которых – Президент РАН академик А. Сергеев и член-корреспондент РАН Е. Хазанов – являются также и профессорами нашего университета.
Международное сотрудничество принесло реальный результат – в феврале 2016 года было официально объявлено, что на системе детекторов LIGO зафиксирован сигнал, по характеру соответствующий тому, что должен родиться в результате катастрофы галактического масштаба – слияния двух черных дыр. После этого подобные сигналы наблюдались еще дважды. И буквально на прошлой неделе было объявлено, что зафиксирована 4-я волна, также от слияния двух черных дыр, но уже не двумя, а тремя независимыми интерферометрами – двумя американскими LIGO и европейским VIRGO, расположенным в Италии.
Таким образом, на наших глазах рождается новое направление науки – гравитационно-волновая астрономия: если раньше это была чистая теория, то теперь стало понятно, что гравитационные волны реальны, и их можно фиксировать и изучать. Пожалуй, решение Нобелевского комитета – это и признание заслуг многих ученых в достижении полученного убедительного научного результата, и признание его принципиальной важности с точки зрения познания природы окружающего нас мира.