Развлечения и туризм

Пoэтoму, скaзaл Кип, я xoчу, чтoбы всe рaбoтaли в группe нaд этим. Я нe мoг пoвeрить в этo чудo. Этoт вoпрoс был рeшeн рaз и нaвсeгдa нa прoшлoй нeдeлe, кoгдa учeныe из oбсeрвaтoрии Advanced LIGO (Advanced Interferometer Gravitational-Wave Observatory) сooбщили oб oбнaружeнии грaвитaциoнныx вoлн, рoдившиxся в рeзультaтe слияниe двуx чeрныx дыр в миллиaрдe свeтoвыx лeт oт нaс. Дeйствитeльнo, вoистину вoлнитeльным будeт нaйти чтo-тo, чeгo мы нe oжидaли. Oчaрoвaнный спoрнoй истoриeй исслeдoвaний грaвитaциoнныx вoлн, Кeннeфик нaчaл с истoрии; в 2007 гoду oн нaписaл книгу «Путeшeствуя сo скoрoстью мысли: Эйнштeйн и пoиск грaвитaциoнныx вoлн», a в прошлом году стал соавтором An Enstein Encyclopedia, энциклопедии, посвященной великому ученому. Но у LIGO много помощников и есть проект Einstein@Home. Они не считали возможной концентрацию массы в точке. Они думали, что это невозможно, возмутительно. 20 лет он увиливал от признания гравитационных волн, не понимая, подтверждает или исключает их его революционная общая теория относительности 1915 года. Поэтому Эйнштейн и Розен были озадачены. В 1955 году Натан Розен попытался доказать, что гравитационные волны не переносят энергию, поэтому являются формально математическим конструктом без физического значения. С точки зрения теоретика, можно считать невероятным то, что теоретические предсказания оказались настолько близкими к реальности. Почему же тогда Эйнштейн не поверил в черные дыры? А когда черные дыры сливаются, гравитация невероятно сильная, поэтому вам нужны численные методы, чтобы провести расчеты на суперкомпьютере. Но люди так и не знали никаких астрофизических источников гравитационных волн, которые были бы достаточно сильными, чтобы их можно было обнаружить, верно? Когда Эйнштейн написал свою работы (с предсказанием гравитационных волн) в 1916 году, он думал, что обнаружил три разных вида гравитационных волн. Теперь же выяснилось, что эта сингулярность была лишь сингулярностью координат; нет такой проблемы у гравитационных волн. Самое крупное сомнение было в существовании гравитационных волн. И тогда люди вроде Джо Вебера решили попытаться обнаружить гравитационные волны. И так было с самого начала. И тогда следующим шагом стало прогнозирование конкретного сигнала, который смогли бы уловить детекторы LIGO. Тот так рассердился, что просто снял работу с публикации. Поэтому им пришлось написать эту работу и отправить в Physical Review. Для первого этапа вы должны использовать методы приближения, которые уже имелись, но было нужно еще на несколько порядков больше уровней приближения, и вот это-то и было проблемой. Как фраза в названии вашей книги — «путешествуя со скоростью мысли» — подчеркивает эту неопределенность? У черных дыр и без того весьма сложная и противоречивая история, и обнаружение LIGO — по сути, первое полное доказательство существования черных дыр. Наши надежды наткнуться на что-то слегка преувеличены, потому что LIGO работает уже некоторое время, и если бы сигнал был большим, мы бы его увидели. Наша измерительная система просто ломается, но это не значит, что Северного полюса не существует или что вы не можете туда отправиться. Первое упоминание гравитационных волн мы получили от Эйнштейна: он сказал, что их не существует. Ричард Фейнман услышал речь Пирани и сказал как-то так: «Что ж, раз мы знаем, что частицы движутся, нам достаточно представить палку, а на палку поместить несколько шариков. Существуют ли в том виде, в каком мы сможем их обнаружить? Представьте Северный полюс. Он решил взглянуть на работу общей теории относительности, используя очень практический подход, который миновал всю эту проблему с системой координат, и показал, что волны могут двигать частицы вперед и назад по мере прохождения. На одной из моих самых первых встреч с группой Кипа, когда я был еще студентом, в 1991 году или около того, он пришел с большим листом бумаги и расписал на нем все, что нужно сделать на теоретической стороне, чтобы LIGO заработала. Как только мы отвечали на один вопрос, появлялся новый. Гравитационные волны были смелой, дерзкой идеей, которая начала волновать умы людей еще 100 лет назад, но с тех пор нас не покидало чувство неопределенности. Это лишь пара примеров из многогранных концептуальных и формульных прорывов того времени. В 1960-х годах группа Джона Уилера, в которой был также Кип Торн, и другие разработали теорию черных дыр. Учитывая усилия, которые были затрачены на распознание сигнала от слияния черных дыр, как мы сможем увидеть неожиданное? Великолепно, учитывая противоречивую историю этой области, что неопровержимое обнаружение все же нашло место. Они думали, что раз выходит сингулярность, это указывает на то, что гравитационных волн не существует. Что произошло? Эддингтон проделал расчеты, чтобы убедиться воочию, и понял, что два других типа волн, побочных, могут двигаться со скоростью, зависимой от вашей системы координат, и сказал, таким образом, что эти ложные волны «движутся со скоростью мысли». Им не пришлось раскапывать сигнал из шума, как ожидали многие из нас; вы можете увидеть данные собственными глазами. По предложению коллеги, он перешел к другой системе координат, и она позволила ему четче разглядеть, что волны были. Ответом было: да, разумеется. Но сама координатная система была «волнистой», и выяснилось, что две волны были на самом деле плоским пространством в волнистой системе координат; тогда Эйнштейн волн просто не увидел. И открыл, что на границе пространства-времени есть больше, чем одна бесконечность, и нужно выбрать правильную бесконечность для включения в свое условие. Постепенно, люди вроде Роберта Оппенгеймера, знаменитого директора Лос-Аламосской лаборатории Манхэттенского проекта, начали изучать, что будет со звездой, если она начнет коллапсировать, пока не станет чем-то похожим на шварцшильдское решение. И все потому, что сигнал, который вы можете обнаружить, это характерная линия, а вам нужно отделить зерна от плевел. Арбитраж написал 10-страничный отчет о возможной ошибке и отправил обратно Эйнштейну. Эйнштейн писал, что вряд ли кто-то найдет систему, на поведение которой будут значительно влиять гравитационные волны. Одна из возможностей в том, что неожиданное может помочь нам, если будет очень большим сигналов. И некоторые люди заговорили, что даже если гравитационные волны существуют, их невозможно уловить. И тогда Эйнштейн снова передумал и в 1936 году заявил, что гравитационных волн не существует. Кеннефик рассказал журналу Quanta Magazine, куда направляются теоретики с новым открытием. Если гравитационные волны сравнить с глубоководной океанской качкой, будут ли они влиять на нас или же мы (и все вокруг) будем двигаться в унисон с этими волнами? Как люди потом выяснили, на что будут похожи гравитационные волны, произведенные сливающимися черными дырами, на Земле? Существуют ли они? И вот чем я занимался. Чтобы уловить сигнал — крошечный шквал сокращений и расширений в пространстве-времени, этот «чик-чирик», как его называют ученые — потребовались необычные технологии. И эта энергия должна браться от гравитационной волны. В некоторых случаях, они получали ответ, по которому черная дыра получает энергию, а не теряет ее, поскольку делали ошибку и входящие волны у них приносили энергию из бесконечного далека. Вы что-то измеряете или обманываете сами себя? Они не могли просчитывать черные дыры чуть дольше, чем в течение краткого времени, а это было бесполезно. Если я спрошу вас, какова долгота Северного полюса, вы скажете: что ж, все линии долготы проходят через Северный полюс. Но вы сможете отфильтровать его, если только будете знать, как он выглядит, как вам скажут теоретики. И как был решен этот вопрос? Но единого метода, который позволил бы вам сделать сразу все, просто нет. Некоторые пытались провести эти расчеты в 50-х и 60-х, но получали некорректные ответы. Чтобы понять, представьте себе, что вы в океане, и океан сильно качает, но вы можете даже не ощутить этого, поскольку вы поднимаетесь и опускаетесь вместе с волной, а вместе с вами и все вокруг. И парень по имени Франс Преториус нашел способ это сделать, а после появились и методы. Несомненно, у всех были сомнения — тому причиной была серия противоречий. Возможно, в поиске неожиданных сигналов нам поможет машинное обучение. Верно. Черные дыры маленькие и массивные, поэтому могут оказаться близко друг к другу и вращаться очень и очень быстро. Значит, шарики будут скользить по палке, а трение будет производить энергию. До этого, в том же году, когда он думал, что волн не существует, он использовал неправильную систему координат. Насколько потрясающим стало для вас объявление прошлого четверга? Эйнштейн и его ассистент Натан Розен искали точное (а не приблизительное) решение гравитационных волн и наткнулись на проблему. Поскольку Эйнштейн не верил в существование черных дыр, он не подозревал и о существовании системы, которая позволила бы нам увидеть гравитационные волны. «Гравитационных волн нет…», «…плоские гравитационные волны, путешествующие вдоль положительной оси X, могут быть, следовательно, обнаружены…», «…гравитационные волн не существует…», «…существуют ли гравитационные волны?», «…выходит, существуют строгие решения…» — это слова Альберта Эйнштейна. Вместе с этим подтвердили также существование пары черных дыр — этаких воронок в пространстве-времени, в существование которых поверить было еще сложнее.