Профессор Юров — о гравитационных волнах, черных дырах и Нобелевской премии

В Калининграде доктор физико-математических наук профессор-космолог, директор института физико-математических наук и информационных технологий БФУ имени И. Канта Артем Юров прокомментировал решение Нобелевского комитета.

Конспект его размышлений подготовлен коллегами из БФУ:

image— Стали известны имена обладателей Нобелевской премии по физике за 2017 год.

Это ученые, внесшие вклад в обнаружение гравитационных волн. Награда присуждена Райнеру Вайссу, Берри Беришу и Кипу Торну. Ученые стали основателями обсерватории LIGO, что сделало возможным экспериментальное обнаружение гравитационных волн. Существование гравитационных космических волн предположил 100 лет назад сам Альберт Эйнштейн. Экспериментально же подтвердили это ученые из LIGO, официально объявив о наличии таких волн в феврале 2016 года.

Поговорим об этом эпохальном открытии. Я, будучи крайне взволнован, поделился этой новостью с разными людьми и один из них меня спросил: «А что это дает обывателю?» Я тут же вспомнил академика Амбарцумяна, который однажды выступал перед студентами консерватории, рассказывая о звёздах. И вот одна студентка его спросила: «Для чего нам это»? Будучи гораздо более вспыльчивым человеком, чем ваш покорный слуга, Амбарцумян ответил так: «У человека есть несколько отличий от свиньи. Одно из них заключается в том что человек иногда смотрит на звезды, а свинья – никогда».

Это настолько великое открытие, что сдержаться невозможно. Ну вот вам пояснение моей восторженности: когда я был студентом-физиком, я с горечью думал о том, что никогда не доживу до двух ключевых экспериментальных открытий: бозона Хиггса и гравитационных волн. Дожил!!

Чем же это так важно? Давайте начнем сначала и поговорим о гравитационных волнах. Существование гравитационных волн впервые было предсказано в 1916 году Альбертом Эйнштейном на основании общей теории относительности. ОТО Эйнштейна – одна из самых красивых физических теорий. Само название может ввести в заблуждение – гораздо правильнее ее называть теорией гравитации. Вы все знакомы с гравитацией – это та сила которая удерживает нас на земле. Это та сила, которая удерживает Луну на своей околоземной орбите (которая, кстати, вызывает приливы и отливы) и планеты Солнечной системы на своих орбитах вокруг Солнца. Эта та сила, благодаря которой мы падаем, споткнувшись и которая управляет динамикой всей наблюдаемой вселенной! Несмотря на свою всеобщность это самая самая, слабая-преслабая из фундаментальных сил-взаимодействий, коих всего четыре: сильное, электромагнитное, слабое и наш сегодняшний герой –ное взаимодействие. Сильное и слабое спрятаны глубоко в микромире и так просто их не зафиксируешь. А вот электромагнитное и гравитационное действуют на больших расстояниях и потому мы знаем о них с детства.

Наверное, вы удивитесь: неужели гравитация слабее электромагнетизма? А вы вообразите себе такую картинку: берем магнит и сверху подносим к железяке на столе. Хлоп! Железяка подскочила и прилипла к магниту. А теперь вдумайтесь что вы увидели: маленький магнитик шутя перетягивает целую Землю! Вот насколько слаба гравитация по сравнению с магнетизмом.

На самом деле, гравитация гораздо более хитрая штука, нежели чем электромагнетизм. Во-первых, уравнения гравитации (их называют уравнениями Эйнштейна) нелинейны, что означает – математики не умеют их решать в общем виде, тогда как уравнения электромагнетизма (их называют уравнениями Максвелла) – линейны. Во-вторых, гравитация — никакая не сила! Это проявление кривизны пространства времени. Все тела искривляют вокруг себя пространство-время и остальные частицы двигаются по изогнутым траекториям и потому нам кажется, что на них действует сила притяжения. Но это иллюзия!

Важным способом проявления электромагнитных взаимодействий являются волны. С такими вещами мы сталкиваемся каждый день: скажем видимый свет – электромагнитная волна, радиоволны, рентген, которым нас просвечивают — электромагнитные волны. Гравитационные же волны – куда интереснее. По сути, это рябь пространства-времени, которая распространяется в пространстве со скоростью света. Существование гравитационных волн вытекает из уравнений Эйнштейна, но зафиксировать их невероятно трудно! В случае электромагнитных, например световых волн – нет проблем – достаточно глаза человека. А вот гравитационные волны так не увидишь и детектор для них построить – та еще задачка! Почему? Да все потому что гравитация невероятно слаба и гравитационные волны невероятно слабые возмущения!

Детекторы для гравитационных волн это просто потрясающие и фантастические машины. Эта “машина” называется LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory — лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория и состоит из двух обсерваторий: в Ливингстоне (штат Луизиана) и в Хэнфорде (штат Вашингтон), удалённых друг от друга на 3002 километра. Зачем их так разнесли? А потому что скорость распространения гравитационных волн конечна (равна скорости света как я уже говорил), и потому это расстояние даёт разницу в 10 миллисекунд, разницу, которая и позволяет определить направление на источник сигнала.

И вот свершилось! Цитируя Википедию: «О первом прямом детектировании гравитационных волн коллаборациями LIGO и VIRGO было объявлено 11 февраля 2016 года. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters и ряде последующих статей. Событие получило обозначение GW150914» .

Знаете, я веду еженедельную передачу «Научная среда». Во второй передаче за 2016 год я поздравлял ученый мир с очередной нобелевской премией по физике, которую получили Дункан Хэлдейн, Дэвид Тулесс и Майкл Костерлитц «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества». Не могу отказать себе в удовольствии процитировать меня же, из той же передачи:

«…И в заключение: вы наверное слышали про открытие гравитационных волн, в феврале этого года. Вдумайтесь. 1.3 миллиарда лет назад, две огромные черные дыры слились. Эта катастрофа породила гравитационный всплеск, который мы поймали спустя 1,3 миллиарда лет, в 2016 году!

Я был уверен, что нобелевскую дадут за это, но наверное прошло мало времени. Однако готов поспорить, что в течении ближайших 3-х лет (а скорее всего в следующем) нобелевку получат те, кто сумел поймать этот чудовищный всплеск на ткани мироздания».

Как вы видите я попал в десятку! Наших героев оценили именно в 2017 году и это прекрасно! Я страшно горд своим предсказанием и еще более горд за замечательных физиков заслуженно получивших Нобелевскую премию 2017 года. Кстати, один из трех лауреатов – Кип Торн – тот самый, который создавал научную начинку в фильме «Интерстеллар» и со студенческих времен один из самых почитаемых мною физиков.

И заключая мне хочется упомянуть еще одного мощнейшего физика – Влади́мира Бори́совича Браги́нского, который умер в возрасте 84 лет и мне кажется, что наверняка бы был одним из тех кто получил бы эту премию, поскольку работал над этой задачей всю свою жизнь. И в СССР, потом в России, потом на LIGO. Вот бы порадовался Владимир Борисович, светлая ему память!

Читать новости удобнее в  Telegram