Скорее всего, всем вам уже довелось услышать понятные (я надеюсь) по отдельности, но непонятные вместе слова «гравитационные волны». Было бы неправильно, если бы я не написал про них ничего, ведь это открытие очень даже эпохальное и с очень далеко идущими последствиями.
Итак, для начала немного истории (ведь это важно!). В 1915 году Эйнштейн создал свою великую Общую Теорию Относительности, которая почти идеально описывала весь наш мир, и логичным предсказанием из этой теории были именно те самые гравитационные волны. Тогда, наверное, все ахренели от изначальной теории и забили на это предсказание на 50 лет. Но затем на горизонте появился Джозеф Вебер из Мэрилэндского университета, который решил всерьёз взяться за эти волны и прям экспериментально доказать их существование: теория теорией, но без практики как-то не то. Он построил здоровенный, двухметровый металлический цилиндр с датчиками и с его помощью зафиксировал «звучание гравитационных волн», но никто ему не поверил из-за того, что амплитуда колебаний была слишком большой (10^-16, вам ничего не даст эта циферка, но да ладно). Однако это уже было большое достижение в этом поначалу неблагодарном деле.
С развитием технологий появился и новый датчик, позволяющий получить уже более достоверные результаты. В нынешнем состоянии датчик выглядит примерно так: есть 2 вакуумные камеры длиной 2 км, расположенные перпендикулярно, в каждой подвешены зеркала и на входе (там, где две камеры смыкаются) стоит лазер, луч которого расщепляется и попадает на каждое зеркало. Всё это настроено так, что при отражении лучей от зеркал они гасят друг друга и до фото-детектора в конце камеры не доходят, но когда гравитационная волна долетает до зеркал, то они немного отклоняются (немного — это на тысячную долю атомного ядра!) и лучи доходят до детектора. Именно это отклонение, вызванное воздействием пресловутых волн, и фиксирует датчик.
Что вообще такое эти гравитационные волны? Представьте себе обычный такой мощный взрыв в замедленной съёмке. Вы там углядите ударную волну (на фото сверху вмятина на воде — это она и есть). Так вот, гравитационная волна — это нечто похожее, только здесь другая среда: вместо воздуха возмущается (искажается) пространство-время. А также если у взрыва одна волна, то гравитационные волны идут одна за другой с собственной периодичностью (тут уже близка аналогия с рябью на воде).И удивительна она просто по определению. Многие (те, кто в школе физику достаточно сильно любил) привыкли к тому, что чем больше объект, тем больше у него сила притяжения, но гравитационная волна — это когда само тяготение отрывается от объекта. Гравитация, оторванная от источника, — она как бы сама по себе, ничья. Вообще, эти волны производит абсолютно любой движущийся объект: и прыгающий на одной ноге ты, случайно наступивший на детальку от набора Лего, и планета, благодаря гравитации которой ты способен прыгать, и небо, и даже Аллах , но эти волны крайне слабы, и поэтому зафиксировать их не представляется возможным. И, чтобы доказать их существование экспериментально, нужны были самые мощные гравитационные события во вселенной. Слияние чёрных дыр. По сути, это колоссальный взрыв, вся энергия которого пойдёт не на свет или частицы, а на возмущение пространства-времени.
И вот мы добрались до самого эксперимента, проведённого с 18 сентября 2015 до 12 января 2016 года. Итак, всё это время Коллаборация LIGO наблюдала за столкновением двух чёрных дыр (36 и 29 солнечных масс), которые слились в одну (62 солнечные массы). Правда, наблюдали-то мы это сейчас, но само слияние произошло 1 миллиард 300 миллионов лет назад. Всё это время эти волны к нам летели. Кстати, получившаяся дыра — самая тяжёлая дыра из всех чёрных дыр звёздной массы. Любители арифметики могут заметить, что 36 + 29 не равно 62, но так и должно быть: этот гравитационный дефект масс за 20 миллисекунд перешёл в энергию для тех самых гравитационных волн. Расчёты показали максимальный всплеск гравитационно-волновой активности в 3.6*10^56 эрг/с (в пересчёте на массу — 200 солнечных масс в секунду). Ради чистоты эксперимента было построено сразу 2 детектора на большом друг от друга расстоянии. Эксперимент считался удачным, если на обоих детекторах одновременно зафиксировались волны, иначе это был так называемый «слепой вброс». Это когда в систему случайным образом подкидываются всплески активности, которые фиксируются так же, как и гравитационные волны. За это ответственны только 3 человека, и никто, кроме них, до конца эксперимента не знает, были эти волны фальшивыми или нет.
Теперь возникает логичный вопрос: «ну и чё?». Во-первых, это экспериментальное доказательство существования чёрных дыр, ибо ничто другое уже не может обладать такой энергией. Во-вторых, это новый инструмент для астрономии, ведь для гравитационных волн нет препятствий и они могут пройти почти через что угодно (разве что другие источники могут исказить эти волны). С совершенствованием технологий мы сможем узнать о слиянии за несколько секунд до самого слияния и успеть нацелить оборудование для наблюдения. В-третьих, гравитационно-волновой всплеск поможет в изучении нейтронных звёзд, а также пронаблюдать фактически самый экстремальный эксперимент над ними — слияние нейтронных звёзд. В-четвертых, при регистрации всплесков от сверхновых мы наконец-то сможем узнать, что происходит в момент её создания. В-пятых, возникает целое поле для проверки экзотических теорий гравитации и изучения процессов, происходящих в условиях сильной гравитации.
И всё это при первом же запуске. Перспективы огромны, и уже составлен график запусков до 2020 года, а приборы для наблюдения уже вот-вот начнут строить в Италии, Японии и Индии. Благодаря этому открытию у нашей планеты появился новый орган. Теперь кроме «глаз» в виде телескопов у нас есть и своеобразные «уши», благодаря которым мы можем прослушивать вселенную. Это воистину эпохальное открытие, последствия которого для науки трудно вообразить. Всё очень хорошо.
