Космическая рябь: Нобелевскую премию по физике присудили за изучение гравитационных волн

Нобелевская премия по физике за 2017 год присуждена американским учёным Райнеру Вайссу, Барри Баришу и Кипу Торну за «решающий вклад» в создание обсерватории LIGO и наблюдение за гравитационными волнами.

Проект лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) был предложен в 1992 году группой учёных из Калифорнийского и Массачусетского технологических институтов. Его главной задачей было экспериментальное обнаружение космических гравитационных волн, существование которых было предсказано ещё Альбертом Эйнштейном в рамках его общей теории относительности в 1916 году. При этом гениальный немецкий физик был уверен, что эти волны не удастся измерить.

Гравитационные волны (или так называемая рябь пространства-времени) появляются в результате крупнейших катастрофических событий во Вселенной, например столкновений чёрных дыр или взрывов звёзд. Затем эти волны свободно распространяются со скоростью света и могут быть зафиксированы при прохождении между свободно падающими телами — расстояние между ними изменяется.

Об обнаружении этого явления было официально объявлено в феврале 2016 года, когда группа учёных LIGO рассказала:

14 сентября 2015 года в 13:51 мск впервые были зарегистрированы гравитационные волны, возникшие после столкновения двух чёрных дыр, которое произошло 1,3 млрд лет назад.

До слияния чёрные дыры обладали весом 36 и 29 солнечных масс, однако после их столкновения суммарный вес нового объекта составил 62, а не 65 солнечных масс. За доли секунды порядка 5,96676 × 10³º кг вещества превратилось в ту самую «рябь пространства-времени», которая спустя 1,3 млрд лет прошла через Солнечную систему.

Максимальная мощность излучения была примерно в 50 раз больше, чем от всех звёзд видимой Вселенной. Однако когда сигнал достиг Земли, он был исключительно слабым (детекторы LIGO обнаружили относительные колебания величиною в 10 в -19-й степени метра).

Сам факт его фиксирования стал настоящим прорывом для физики, буквально открывшим новую эру в науке.

Открытие было сделано на двух детекторах LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) — в 3002 км друг от друга. Ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Борис Штерн в разговоре с RT рассказал, что собой представляет обсерватория и как она работает.

«Это четырёхкилометровые трубы, в которых находится лазерный интерферометр, чувствующий смещение, которое в сто тысяч раз меньше размера ядра атома. В это трудно поверить, но методика отработана до совершенства, и такие ничтожные смещения фиксируют. Смещения происходят за счёт деформации пространства, которая происходит из-за гравитационных волн. Они же, в свою очередь, происходят потому, что где-то далеко встретились две чёрные дыры», — сказал Штерн.

Учёный добавил, что LIGO позволила подтвердить разработанную в начале ХХ века общую теорию относительности Эйнштейна, что стало «триумфом науки». Детекторы обсерватории предстоит и дальше использовать для научных работ и открытий.

«Теперь будем пользоваться этим для наблюдения за слиянием чёрных дыр. Как они образуются, как образуются сверхтяжёлые звёзды и другое. Здесь масса интересных астрофизических вопросов. Появилась новая отрасль астрофизики», — пояснил Штерн.

В феврале 2016 года учёные Калифорнийского технологического института также опубликовали звуковую интерпретацию гравитационных волн от столкновения чёрных дыр.

Российский вклад

В команду международного научного сообщества LIGO входят более тысячи человек из 20 стран мира, включая Россию, которая представлена коллективами физфака МГУ имени Ломоносова и группой нижегородского Института прикладной физики РАН. Московскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял член-корреспондент РАН Владимир Брагинский — всемирно известный учёный и один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире. Группа МГУ участвует в проекте с 1992 года.

«С самого начала основные усилия были направлены на повышение чувствительности гравитационно-волновых детекторов, определение фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений чувствительности, на разработку новых методов измерений», — сообщили RT в пресс-службе МГУ.

«Теоретические и экспериментальные исследования российских ученых нашли своё воплощение при создании детекторов, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух чёрных дыр», — добавили в университете.

В настоящее время коллектив научной группы МГУ активно участвует в разработке гравитационно-волновых детекторов следующего поколения, которые призваны обеспечить значительное увеличение их чувствительности. Это позволит «практически ежедневно обнаруживать гравитационно-волновые сигналы», заявил руководитель российской группы LIGO, профессор физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Валерий Митрофанов.

Вручение Нобелевской премии состоится в Стокгольмской филармонии 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля. Лауреаты получат из рук короля Карла XVI Густава золотую медаль и диплом. Бонусом к всемирному признанию и почёту станет выплата в размере 9 млн крон ($1,12 млн).