Нобелевскую премию по физике присудили за исследования гравитационных волн

В Стокгольме объявлены лауреаты 111-й Нобелевской премии в области физики. Ими стали ученые, сделавшие «решающий вклад в детектор LIGO (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория — прим. редакции) и наблюдение гравитационных волн». Обладатели награды — Райнер Вайсс (Rainer Weiss), Барри Бэриш (Barry C. Barish) и Кип Торн (Kip S. Thorne). 

Гравитационные волны — колебания пространства-времени — ученые впервые наблюдали 14 сентября 2015 года. Это открытие стало сенсацией, исполнительный директор проекта LIGO Дэвид Рэйтц назвал его «прорывом во Вселенную». Существование гравитационных волн было предсказано в рамках общей теории относительности, однако «увидеть» их исследователям удалось лишь в XXI веке. 

 

Победители Нобелевской премии по физике 2017 года. Jessica Gow / EPA / Scanpix / LETA


Стоит отметить, что Денис Мартынов, выпускник МФТИ 2012-го года, внёс важный вклад для достижения необходимой точности интерферометра. Мы задали ему несколько вопросов и получили развернутый ответ:

Немного про LIGO — теоретическая идея обнаружения гравитационных волн с помощью интерферометра Майкельсона возникла в 1962 году в СССР. Но экспериментальные попытки начались в США в конце 1960-х. В течение 20 лет ученые работали над прототипами и в начале 90-х годов сумели убедить NSF финансировать проект. Первое поколение LIGO работало с 2001 до 2010, но не смогло зарегистрировать сигнал. Установки с лучшей чувствительностью были установлены в 2014 году. Моя кандидатская работа как раз по этой теме. Я работал над интерферометре в Ливингстове (штат Луизиана). Наша команда смогла привести интерферометр в линейный режим и добиться желаемой чувствительности детектора. Моя дипломная работа описывает алгоритм запуска уставноки и фильтрацию шумов.

Также хочу отметить, что LIGO — это международный проект. Россия представлена несколькими группами. Большой вклад внесла группа Брагинского из МГУ в понимание тепловых и квантовых шумов. Группа из Нижегородского гос тех университета работала над созданием оптического изолятора для обеих интерферометров в Луизиане и Вашингтоне.

Также мы запросили комментарии у ученых-астрофизиков из МФТИ и других вузов. Пока мы их ждем, хотим поделиться с вами объяснением руководителя лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Александра Родина для Медузы, в котором он рассказал простым языком, что же такое гравитационные волны.

Что такое гравитационные волны?

Если представить себе наше пространство-время как сеть координат, то гравитационные волны — это возмущения, рябь, которая будет бежать по сетке, когда массивные тела (например, черные дыры) искажают пространство вокруг себя.

Это можно сравнить с землетрясением. Представьте, что вы живете в городе. В нем есть какие-то маркеры, которые создают городское пространство: дома, деревья и так далее. Они неподвижны. Когда где-то поблизости от города происходит крупное землетрясение, колебания доходят до нас — и колебаться начинают даже неподвижные дома и деревья. Вот эти колебания и являются гравитационными волнами; а объекты, которые колеблются, — это пространство и время.

Почему ученые так долго не могли зарегистрировать гравитационные волны?

Конкретные усилия по обнаружению гравитационных волн начались в послевоенный период с несколько наивных устройств, чувствительности которых, очевидно, не могло хватить для регистрации таких колебаний. Со временем стало понятно, что детекторы для поиска должны быть очень масштабные — и они должны использовать современную лазерную технику. Именно с развитием современных лазерных технологий появилась возможность контролировать геометрию, возмущения которой и являются гравитационной волной. Мощнейшее развитие технологий сыграло ключевую роль в этом открытии. Какими бы гениальными ни были ученые, еще 30–40 лет назад сделать это было технически просто невозможно.

Почему обнаружение волн так важно для физики?

Гравитационные волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном в общей теории относительности около ста лет назад. Все XX столетие находились физики, которые ставили под сомнение эту теорию, хотя появлялось все больше и больше подтверждений. И наличие гравитационных волн — это такое критическое подтверждение теории.

Кроме того, до регистрации гравитационных волн о том, как ведет себя гравитация, мы знали только на примере небесной механики, взаимодействия небесных тел. Но было понятно, что гравитационное поле имеет волны и пространство-время может деформироваться подобным образом. То, что мы до этого не видели гравитационных волн, было белым пятном в современной физике. Сейчас это белое пятно закрыто, положен еще один кирпич в основание современной физической теории. Это фундаментальнейшее открытие. Ничего сравнимого за последние годы не было.

Есть в регистрации гравитационных волн и практический момент. Наверное, после дальнейшего развития технологий можно будет говорить о гравитационной астрономии — о том, чтобы наблюдать следы наиболее высокоэнергичных событий во Вселенной. Но сейчас говорить об этом рано, речь идет только о самом факте регистрации волн, а не о выяснении характеристик объектов, которые генерируют эти волны.

Нет сомнений, что эта премия заслуженная. Но нужно отметить, что над этим результатом трудились тысячи специалистов, а премии удостоились наиболее публичные фигуры. В частности, теоретик Кип Торн. Конечно, он внес огромный вклад в развитие современной теории гравитации, но к самому эксперименту имел опосредованное отношение.

Отмечу, что без российских ученых этого открытия бы не было. Например, огромный вклад в развитие таких технологий внес покойный профессор МГУ Владимир Брагинский. Вместе со своей командой он десятилетиями развивал предельно точные измерения и участвовал в разработке проекта LIGO, который и позволил зарегистрировать гравитационные волны. Также значительный вклад в развитие этого проекта внесла группа нового главы РАН Александра Сергеева. Я думаю, российское научное сообщество можно с полным правом поздравить.


Также предлагаем нашим читателям прочитать интервью с Сергеем Поповым, ученым и популяризатором науки, и посмотреть фильм «В ожидании волн и частиц», посвященный поискам гравитационных волн.


Владимир Михайлович Липунов, советский и российский учёный-астрофизик, профессор МГУ, доктор физико-математических наук (1991), много лет занимается изучением гравитационных волн. К сожалению, у него не нашлось времени дать развернутый ответ на наши вопросы, но он поделился своими публикациями на тему гравитационных волн. Если вам интересно погрузиться в этот вопрос глубже, его заметки и публикации доступы по ссылке: www.pereplet.ru/lipunov.

Источники:

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

comments powered by HyperComments