Диалоги (июнь 2003 г.) - Гордон Александр (лучшие книги онлайн TXT) 📗
А.Г. Очень хорошо. Есть вероятность того, что гравитационные волны не будут прямо обнаружены?
В.Б. Нет.
А.Г. А вы как считаете?
М.С. Я считаю, что они будут обнаружены.
А.Г. Хорошо, теперь, когда мы об этом договорились, стоит напомнить, что вы сами разделили эфир на две неравные части. У вас 30 минут времени, у вас 20.
В.Б. Михаилу Васильевичу – 20?
А.Г. Да.
В.Б. Значит, можно начинать? Я начну издалека. Сначала был Максвелл. В 1865-м году он обнаружил, что в его уравнении есть волновое решение, и это было опубликовано. И в среде очень небольшого количества физиков это была острая проблема. Гельмгольц своему ассистенту говорил: «Максвелл знает, что есть волновое решение». Должны быть волны. Что это такое? Надо их обнаруживать, если они есть. Хотя оптика была, но никто тогда не знал, что оптическое излучение – это тоже электромагнитные волны.
В 1888-ом году ассистент Гельмгольца сделал опыты, которые известны довольно давно – опыты с вибратором Герца. Он разряжал банку на диполь (на то, что сейчас стоит на крышах многих домов – антенны дециметрового диапазона) и ухитрился разглядеть маленькую искорку в таком же диполе, в таком же вибраторе, который находился на расстоянии нескольких метров. Потом обнаружил, что можно отразить волну. Это была прямая демонстрация существования гравитационного излучения. Здесь надо сделать некоторый акцент. Акцент принадлежит Лоренцу – великому голландскому физику. Это то поле, которое отрывается от источника и существует сколь угодно долго, но распространяется, если в вакууме, то со скоростью света. Итак, прошло 7 лет после Генриха Герца. Рентген открыл рентгеновские излучения. Те же самые, электромагнитные, только другая длина волны – маленькая. В 10 тысяч раз меньше, чем оптический диапазон.
Ещё несколько лет прошло. Всем стало ясно, что это единый спектр, только частоты разные, длины волн разные.
Дальше, следующий этап начался с середины первой мировой войны. Эйнштейн публикует общую теорию относительности. В линейном приближении она очень похожа на уравнение Максвелла. Она сложнее, но в линейном приближении похожа. В самом конце войны он публикует ещё одну статью, добавочную, уточняющую, о том, что у него тоже есть излучение, которое должно оторваться от источника и существовать независимо, распространяться со скоростью света, только излучаться в обычных условиях оно должно очень слабо.
Почему? Потому что гравитационные взаимодействия – самые слабые из всех известных. Отношение электрического заряда к массе, скажем, электрона – большое число: пять на десять в семнадцатой. В то время как у всех тел, у всех видов материи, нам известных, это отношение – десять в минус седьмой, не плюс семнадцатой, а минус седьмой. Значит, разница – почти 25 порядков.
Тем не менее, статическое гравитационное взаимодействие обнаружили. Все тела, во-первых, обладают малыми гравитационными зарядами, гравитационной массой. И они притягиваются, все притягиваются. Нет отталкивания. Вот первый факт.
Второй факт. У всех тел отношение заряда к массе, гравитационного заряда к инертной массе – одно и то же. Это иногда называют принципом эквивалентности, но по существу – это закон природы, опытный факт. Из этого, к сожалению, следует (это можно по Максвеллу выяснить или по Эйнштейну – одинаково), что дипольного излучения нет, нет плюсов и минусов. А есть квадрополе. Квадрополе – это два диполя, которые мешают друг другу излучаться. Есть такой маленький довесок.
И тогда стали оценивать – нельзя ли в лаборатории сделать опыт, сделать ускоренное движение масс или две массы вращать? Выяснилось: возьмёте тонну, две тонны, раскрутите до такой скорости, что лучшая сталь еле-еле выдерживает, и получите мощность излучения десять в минус тридцатой ватта. Очень мало.
Через 30 лет после публикации статьи Эйнштейна 18-го года, в 48-ом году, замечательный советский физик Вадим Александрович Фок первым сказал: «Ребята, есть большие массы – астрофизические». Он посчитал, что Юпитер излучает 400 ватт, правда, на очень длинных волнах.
Потом была пауза. Пауза длилась лет 10. Люди стали медленно и систематически рассматривать, какие источники, подаренные природой, можно обнаружить.
Много сделали российские физики, советские в то время. Но хороших моделей не было, пока не появилось открытие. Открыли нейтронные звёзды. Нейтронная звезда – это звезда, которая имеет массу немножко больше солнечной, но такая плотная, что она уместится в Садовом кольце, если можно будет сделать вокруг неё такой поясочек.
Если нейтронные звёзды могут приближаться друг к другу, сталкиваться, сливаться – это будет потрясающей силы источник. Вот это первая задача, которая возникла и стала более-менее ясно формулироваться в 70-х годах. Параллельно экспериментаторы фантазируют: как же решить такую проблему, найти тот вид излучения, который на бумаге уже давно существует.
Было ещё несколько этапов, я их опущу. С моей точки зрения, ключевым был этап, который связан с изобретением Мейманом лазера. Это мощный источник оптического излучения с очень узкой линией, её ухитрились ещё потом снизить, сузить весьма существенно, и получилось нечто замечательное. Теперь говорят, что лазерная физика – это, собственно, область физики, где лазеры применяются для самых разных надобностей. Сейчас ими (это отклонение от темы) научились ускорять элементарные частицы, используя не гигантские машины, а скромные установки на лабораторном столе. Получают сотни мегавольт на частичку. Это много. Будет больше.
Но я возвращаюсь к теме. В 62-м году, практически сразу после изобретения лазера… Можно первую картинку?
А.Г. Кстати, о лазере, он у вас в руках.
В.Б. Да, но я пользуюсь не таким хорошим, каким нужно.
Два хороших человека, хороших физика, Миша Герценштейн и Слава Пустовойт сказали: «Нужно взять две массы и из них сделать антенну». Почему? Из-за той же квадропольной природы слабо происходит излучение и слабо происходит взаимодействие. Нет плюсов и минусов, значит, только на неоднородности можно поймать, обнаружить прохождение гравитационной волны. А гравитационная волна – это не что иное, как поле неоднородных ускорений. Когда она через вас проходит – она через вас проходит, через Михаила Васильевича, – мы удлиняемся в одном направлении, съёживаемся в другом, а потом в следующий полупериод – наоборот.
Они сказали, что нужно использовать такую схему. Нежно подвесить два зеркала, лазер, сделать так, чтобы расстояние между зеркалами было таким, чтобы был резонанс целому числу полуволн, здесь поставить детектор. Это очень чувствительная игрушечка для измерения маленьких колебаний.
Потом примерно 6-7 лет была пауза. И, наконец, с 70-го года в научно-исследовательском технологическом институте и в университете города Глазго, где живут какое-то количество Гордонов, начались опыты в лабораторных условиях. Просто привыкали к зеркалам, привыкали к тому, что это не жёсткая конструкция, как обычно в оптике, а они нежно, деликатно подвешены. И вот три человека в 81-м году убедили Национальный фонд научных исследований выделить довольно приличные деньги на то, чтобы сделать прототип антенны, основанный на этом принципе. Это Рон Дривер, Рэй Уайс и Кип Торн. Кип Торн, кстати сказать, член нашей российской Академии Наук, почётный доктор МГУ. Очень хороший человек. Он – теоретик, да и остальные – экспериментаторы – не хуже.
Сделали прототип. Кстати, здесь уместно сказать, что люди, которые делали прототип, с моей точки зрения, – образец стопроцентной отдачи себя науке. Было потрачено, с 81-го года по 96-й, 15 лет и почти не было публикаций у десяти человек. Наконец, они сделали прототип, который начал измерять маленькие колебания. Насколько маленькие? Отношение дельта эль к эль (относительно изменения длины) примерно на уровне десять в минус девятнадцатой, при времени измерения в сотую секунды. Эти числа близки к тому, что нужно сделать. Но не совсем. Время примерно то же, потому что, скажем, от слияния нейтронных звёзд должен быть всплеск со средней частотой около ста герц. Но отношение дельта эль к эль, это растяжение и сжатие, должно быть меньше примерно в сто раз.
