Складки на ткани пространства-времени - Говерт Шиллинг

В те годы NSF продолжал финансировать эксперименты Джо Вебера с резонансными антеннами. И вот новый интерферометрический метод. Действительно ли он является более плодотворным? В 1974 г. NSF разослал заявку Вайсса на грант различным исследовательским группам для независимой оценки. «Мои идеи обошли весь мир, прежде чем я получил хоть какие-то деньги», – говорит Вайсс. Лишь в конце 1970-х гг. NSF наконец профинансировал строительство его собственного маленького интерферометра-прототипа.

Более ранним прототипом, вдохновленным идеями Вайсса, являлся трехметровый интерферометр в немецком Мюнхене. Его построила группа по изучению гравитационных волн под руководством пионера компьютерной техники физика Хайнца Биллинга из Института астрофизики им. Макса Планка. Биллинг уже строил чувствительные детекторы для проверки идей Джо Вебера и, как и все остальные, ничего не обнаружил. Однако из этого, разумеется, еще не следовало, что волн Эйнштейна не существует. Интерферометрический метод, о котором Биллинг узнал, рецензируя заявку Вайсса на грант от NSF, мог оказаться более перспективным путем к их регистрации. Почему бы не попытаться? Еще одним ранним прототипом стал двухметровый настольный экспериментальный прибор исследовательских лабораторий Хьюза в калифорнийском Малибу. Это было творение бывшего постдока Джо Вебера Боба Форварда.

К тому моменту, когда Вайсс сделал и запустил собственный прототип, Кип Торн в Калтехе способствовал открытию экспериментальной группы. Сам Торн был чистым теоретиком – «думателем», а не «делателем». В 1973 г. Торн совместно с Чарльзом Мизнером и своим бывшим наставником Джоном Арчибальдом Уилером написал учебник по гравитации объемом 1300 страниц, незатейливо озаглавленный «Гравитация». Каждый физик, давший мне интервью за последние пару лет, имеет экземпляр этого пухлого черного тома. Это библия ОТО.

Однако опыта постановки экспериментов Торн практически не имел. Вайсс был обескуражен, прочтя в первом издании «Гравитации» бездоказательное утверждение, будто лазерные интерферометры никогда не станут достаточно чувствительными, чтобы зарегистрировать волны Эйнштейна. Автора, очевидно, следовало просветить. Это произошло памятным вечером 1975 г. в гостиничном номере в центре Вашингтона, округ Колумбия.

Ранее в том году НАСА предложило Вайссу возглавить комитет по применению гравитационной физики в космосе. К тому времени космическое агентство уже включилось в эксперимент Gravity Probe B Фрэнсиса Эверитта, о котором вы читали в главе 3. Вайсс пригласил Торна выступить перед комитетом. «Я встретил его в аэропорту, – вспоминает Вайсс. – Прежде мы не пересекались. Он не забронировал номер в отеле. Мы поселились в одном номере. И всю ночь, часов до четырех, проговорили о гравитационных волнах и экспериментах».

Они были очень разными. Вайсс, которому на тот момент было 42 года, выглядел как типичный профессор физики: свитер и простые ботинки или, может быть, дешевый твидовый пиджак и галстук. Тридцатипятилетний Торн, бывший хиппи из Калифорнии, носил длинные волосы и бороду, серьгу в ухе и сандалии. Но они прекрасно поладили. «Той ночью, – рассказывает Вайсс, – он полностью пересмотрел свое мнение о перспективах лазерной интерферометрии. Он был очень умен».

Кип Торн занялся прогнозированием ожидаемого количества регистраций лазерными интерферометрами разной чувствительности. Насколько часто они должны будут что-то «чувствовать»? Самыми многообещающими источниками возмущений пространственно-временного континуума были бы катастрофические слияния нейтронных звезд или ЧД. В Аресибо Рассел Халс только что открыл первую двойную систему пульсаров. Пройдет еще немного времени, и Джо Тейлор и Джоэл Вайсберг подтвердят, что система теряет энергию в форме гравитационных волн. На данный момент волны из этого источника слишком слабы, чтобы их можно было зарегистрировать на Земле, но со временем они будут усиливаться, а когда две нейтронные звезды столкнутся и сольются, то, согласно предсказанию ОТО, произойдет мощный выброс волн Эйнштейна. При слиянии ЧД прогнозируются волны еще большей амплитуды.

Столкновения нейтронных звезд и ЧД – чрезвычайно редкие явления во Вселенной. Если бы такая катастрофа разразилась в нашей Галактике, даже простая антенна Вебера зарегистрировала бы сигнал возникшей при этом гравитационной волны. К сожалению, это происходит недостаточно часто – до ближайшего события может быть много тысяч лет. Однако чувствительный интерферометр мог бы зарегистрировать выброс волн Эйнштейна при слияниях в других галактиках, удаленных на десятки миллионов световых лет. Если построить достаточно чуткий детектор, можно наблюдать несколько событий в год.

Торн хотел убедить Калифорнийский институт профинансировать реальные эксперименты – не просто теоретические разработки, а прикладные исследования, предполагающие создание прототипа и обретение опыта. Он надеялся преуспеть там, где Джо Вебер потерпел неудачу. Бесспорно, наука именно в этом и заключается – в поиске новых возможностей и преодолении колоссальных трудностей. Впрочем, по мнению вдовы Вебера Вирджинии Тримбл, определенную роль могла сыграть и личная неприязнь. «В конце 1960-х гг. у нас с Кипом были отношения, – рассказала Вирджиния. – Когда Джо женился на мне в 1972 г., Кипу могло показаться, что он похитил его бывшую девушку».

Как бы то ни было, группа Калифорнийского технологического института начала работать. Торн был бы рад пригласить в Пасадену своего советского друга Владимира Брагинского, который был хорошим экспериментатором, и Торн работал с ним с 1968 г. Но мечта оказалась несбыточной в политических реалиях холодной войны, поэтому Торн воспользовался рекомендациями Брагинского и Вайсса и обратился к Рону Древеру из Университета Глазго. Располагая небольшими деньгами и будучи хорошим изобретателем, Древер тоже строил антенны-детекторы, а также экспериментировал с лазерной интерферометрией, работая над собственным прототипом прибора. Один из самых креативных людей в своей сфере деятельности, он фонтанировал остроумными идеями. Начиная с 1979 г. Древер делил свое время между Глазго и Пасаденой. В 1984-м он стал преподавателем Калифорнийского технологического института.

Таким образом, в начале 1980-х гг. в центре внимания гравитационно-волновой физики находилась лазерная интерферометрия. В Глазго строился инструмент с длиной плеч 10 м. Лучше было бы сделать их длиннее, но оборудование должно было уместиться в физической лаборатории университета. В Мюнхене Хайнц Биллинг с коллегами сделали чувствительный 30-метровый прототип. Его размер предопределили размеры сада Института астрофизики им. Макса Планка. В северо-восточном углу кампуса Калтеха в здании складского типа разместился 40-метровый прототип интерферометра, ставший любимым детищем Рона Древера. Опять-таки размеры детектора были ограничены доступным пространством.

Тем временем в Кембридже Рэй Вайсс с командой студентов-дипломников и постдокторантов вынуждены были довольствоваться настольным инструментом. Длина его плеч едва достигала 1,5 м – максимум, что позволял скромный грант от NSF. Если Калифорнийский технологический институт инвестировал в начинание около $3 млн, то администрация MIT не проявляла никакого интереса к новой технологии, вспоминает Вайсс. «Они считали, что лазерные интерферометры никогда не смогут зарегистрировать гравитационные волны. Какие-то официальные лица высокого уровня с сомнением относились даже к ОТО и к существованию нейтронных звезд и ЧД. Ситуация значительно изменилась в течение 1990-х гг., но в те времена атмосфера была не особенно интеллектуальной».