Александр Полнарёв: Гравитационные волны — новый канал изучения Вселенной

Ольга Орлова

Ольга Орлова

В июне 2016 года участники эксперимента LIGO объявили о регистрации уже второго всплеска гравитационных волн. Ученые заговорили о наступлении новой эры в астрономии. Что это значит для человечества? На пороге каких открытий мы стоим? Об этом — беседа Ольги Орловой с Александром Полнарёвым.

Александр ПолнарёвАлександр Полнарёв, астрофизик-космолог. Родился в Москве в 1949 году. Окончил МФТИ. Там же защитил кандидатскую диссертацию. Ученик академика Зельдовича. В 1988 году получил степень доктора физико-математических наук. Работал в ИКИ РАН, Астрокосмическом центре ФИАН им. Лебедева. Профессор Лондонского университета королевы Марии.

— Здравствуйте, Александр Григорьевич. Спасибо, что пришли.

— Я очень счастлив.

— Гравитационные волны были зарегистрированы в 2015 году, но результаты опубликованы уже в 2016-м. И даже объявили, что удалось зарегистрировать второй всплеск. Налицо уже система важнейших результатов. Некоторые эксперты говорят, что это открытие сравнимо с открытием электромагнитных волн в XIX веке. Почему такое внимание ученые этому уделяют?

— Если сравнивать электромагнитные волны с гравитационными, то приложения будут потом. Мог ли Максвелл знать о мобильных телефонах, когда писал свои уравнения, из которых следовало, что есть электромагнитные волны? Или об Интернете, космической связи, радиоастрономии, инфракрасной астрономии? Когда мы говорим о гравитационных волнах, то на первом месте — это ужасно интересно. Это новый канал изучения Вселенной. Но в принципе, я могу себе представить приложение в далеком будущем.

— Вы хотите сказать, что это открытие может как-то изменить нашу жизнь через сто лет?

— А может, через тысячу. Но я тоже думаю, что через сто.

— Но, судя по тому, как всё развивается, наверное, быстрее.

— Наверное, быстрее.

— Но если говорить об этом сейчас и сегодня, в чем значение этого открытия?

— Две черные дыры, вращаясь, стали излучать гравитационные волны. В теории Эйнштейна пространство не абсолютно, как в ньютоновской теории. Оно, как желе, может вибрировать, деформироваться, дрожать. И когда две черные дыры начинают сливаться, то есть приближаться друг к другу, пространство начинает вибрировать. Это уходит в бесконечность, как волны пространства-времени, как волны кривизны. Как рябь на поверхности воды, но это само пространство так осциллирует.

Когда они были сравнительно далеко и сигнал был слабый, но уже детектируемый, ученые смогли определить массы этих двух черных дыр. Потом они слились. Получилась другая черная дыра, которая колебалась. И на тех же частотах, на которых она колебалась, она излучала гравитационные волны. Частоты зависели от массы черной дыры. И на первом этапе, и на последнем (всего два этапа, но я говорю о начале и о конце) удалось определить массы изначальных черных дыр и массу окончательной черной дыры. И выяснилось, что куда-то делись три солнечных массы.

— Это много?

— Очень много. Согласно теории Эйнштейна, масса и энергия просто связаны коэффициентом. То, что E = mc2, в курсе люди, даже не знающие теорию относительности или вообще физики. Посчитаем энергию в три солнечных массы, умноженных на скорость света, а потом разделим полученную величину на время окончательного последнего всплеска (всего 20 миллисекунд). Делим энергию на это короткое время и получаем то, что называется светимостью: сколько энергии излучается за единицу времени в последний этап эволюции двойной системы. Эта светимость превосходит светимость всех звезд во всей наблюдаемой Вселенной в 50 раз. Это самое грандиозное событие в астрономии, которое мы когда-либо видели.

— Поэтому теперь говорят о том, что наступает новая эра в астрономии — гравитационно-волновая? А чем она принципиально отличается от предыдущей, что началась с Галилея? Наблюдательная?

— Можно и так поставить вопрос. Новая эра не отличается. Она дополняет прежнюю. Я смотрю — здесь окно, здесь окно. Всего три окна. Предположим, было бы только одно. Обзор меньше.

— Мы получили новое окно во Вселенную?

— Совершенно верно.

— И мы теперь можем видеть то, что раньше не видели?

— Абсолютно точно. Приведу пример. Представьте, что в центре какой-то очень активной галактики или квазара находится черная дыра. Допустим, всё окружено слоем пыли и газа так, что видеть в электромагнитных волнах ничего не удается. А в гравитационных волнах мы всё увидим. Определим массу черной дыры, а если там их две, определим массы обеих.

— Когда был зарегистрирован первый всплеск осенью 2015 года и сейчас второй, о котором объявлено, -это вообще разные черные дыры?

— Абсолютно разные.

— Получается, теперь, когда эти процессы происходят, каждый раз мы сможем с помощью LIGO или других детекторов это видеть?

— Да. На пресс-конференции, посвященной второму открытию, ученые из LIGO дали некую прикидку, что они увидят в следующий период наблюдений (Run). Они начинают сейчас новый Run. В предыдущем, столь плодотворном Run'е, они обнаружили первую в истории человечества пару черных дыр. А фактически обнаружено три черных дыры. Две — в начале. И третья, которая получилась в результате процесса. С новым открытием, соответственно, шесть. Следующий Run будет длиться примерно полгода, немножко дольше, чем предыдущие циклы, но соизмеримо. Они увеличат точность на 20-25%. Это означает, что такие же события можно увидеть в большем объеме. Чем выше чувствительность, тем дальше тот же процесс можно видеть во Вселенной. Чем больше объем, с которым мы наблюдаем такие явления, тем больше вероятность событий. По прикидкам LIGO, ожидается (конечно, еще нужно везение), что за следующие полгода они обнаружат примерно восемь таких событий. Если каждое событие — три черных дыры (две вначале и одна в конце), значит, будет уже 30 черных дыр. Это много — целый список, целый каталог. Действительно начало новой области астрономии.

— Сейчас астрофизики получили очень богатый материал. Они его будут осмыслять. По тем результатам, которые получили и которые уже поняли, портрет Вселенной не меняется кардинально? Это скорее подтверждает то, как уже видят астрофизики Вселенную?

— Как минимум подтверждает. Мы никогда не видели черных дыр. Очень странное у них сочетание масс. Поэтому ученые сейчас уже начинают переосмысливать модели образования черных дыр. Вообще, для меня жизнь делится на две части: до открытия черных дыр и после. Совершенно другое видение мира. Они существуют теперь. И гравитационные волны, и черные дыры существуют как реальная часть астрономии.

— И это оправдание многих жизней и многих сил.

— Да, и многих других жизней.

— Ведь гравитационные волны искали несколько групп на протяжении более полувека…

— Можно считать, что с начала 1960-х.

— Действительно, некоторые люди поставили на карту всю свою жизнь. Кто-то не дожил, кто-то, как Брагинский, дожил, но вскоре и умер, узнав об этом.

— Он не узнал, я думаю.

— Нет, он узнал. Его родственники подтвердили, что он это осознал.

— Очень хорошая информация!

— Для него это было очень важно. Но многие не дожили. Все-таки за такими великими открытиями всегда стоит великая цепочка заблуждений. Они ведь тоже бывают не менее плодотворными?

— Не то чтобы заблуждений. Некоторые попытки были омрачены, или попытка не зафиксирована. Например, Вебер в 1969 году на своем твердотельном детекторе, с чувствительностью примерно в 100 млн раз хуже, чем современный детектор LIGO, объявил, что обнаружил гравитационные волны. Был некоторый бум. Потом оказалось, что это не гравитационные волны. Ходили разные, в том числе вполне смешные, гипотезы, что это было. Я бы воздержался. Если гравитационные волны действительно существовали на том уровне, о котором объявил Вебер, это означало бы, что из центра Галактики каждый год уносится несколько солнечных масс. Очень много. Это значит, что Галактика бы столько не жила, сколько она сейчас живет. И тогда многие теоретики, включая меня, тогда еще студента, бросились бы объяснить этот феномен. Но потом выяснилось, что ничего не произошло. А последующие полвека показали, как далеко нам до реального открытия.

Совсем недавно, в марте 2014-го, было ощущение, что открыли гравитационные волны. Точнее, отпечатки древних космологических реликтовых гравитационных волн на нашем всеми любимом реликтовом излучении (CMB, cosmic microwave background). Кстати, первую работу по теоретическому предсказанию я сделал в 1985 году.

Любопытно, как это рассосалось. Даже не рассосалось. Экспериментаторы сделали замечательную работу. Они достигли нужной чувствительности, действительно обнаружили тот тип поляризации, который характерен для космологических гравитационных волн. Как теперь понятно, не только для них. Были, конечно, другие эффекты, гравитационные линзы. Но оказалось, что главный враг, имитирующий космологические гравитационные волны, — железная пыль, что само по себе интересно. Мы не знали о ней. Пыль образуется в результате давних взрывов сверхновых и такими оболочками распространяется по Галактике. Потому что из сверхновых звезд, в них много железа. И они в магнитном поле Галактики ориентируются как стрелки магнитного компаса, создавая некоторую структуру, которую измерили.

— Но в 1980-е годы у нас не было возможности… Когда речь шла о предсказаниях, мы же не представляли себе состав этой пыли. Не было технической возможности это определить.

— Совершенно верно. Никто не знал, даже участники знаменитого эксперимента BICEP на Южном полюсе, которые устроили пресс-конференцию по поводу этого открытия. Результаты о пыли были опубликованы позже миссией «Планк» — они имели соответствующие измерения. После того как BICEP объявил о своем «открытии». Вначале казалось — борьба и война. Но потом, как мне известно, они очень мирно стали сотрудничать. И сейчас помогают друг другу.

— Вы вспоминали свою работу 1985 года. Это теоретическое предсказание космологических гравитационных волн, космологических реликтовых отпечатков. Вы же в то время были учеником Зельдовича.

— Да, конечно. Он сформулировал эту задачу.

— Как Вы думаете, какова была бы его реакция на открытия последних двух лет и на регистрацию гравитационных волн?

— Очень легко могу представить, в каком он был бы восторге. Если говорить о конкретном открытии LIGO, никто не понимал, на каком уровне оно произойдет. Но все ждали и говорили примерно так. Если LIGO с достигнутой чувствительностью не обнаружит гравитационные волны, это может быть даже еще большим открытием. Тогда бы пришлось пересматривать все наши представления о гравитации и прочем. На таком уровне сигналы должны быть. И они есть.

Исследователи вдохновлены фактом, что по крайней мере в одном диапазоне гравитационные волны открыты. Они уже совершенно по-другому воспринимают свою деятельность, по-другому ставят свои задачи. Удваиваются усилия, энтузиазм, энергия по поиску гравитационных волн в других диапазонах. А их четыре. Один диапазон — антенны типа LIGO. Другой покроется космическими антеннами будущего. Сейчас завершен полет Pathfinder’а — это прототип будущего проекта LISA. Результаты замечательные, показывают, что лазерная интерферометрия в космосе возможна.

— Будет легче мотивировать, получать поддержку на новые астрофизические проекты. Когда вы предъявляете историю успеха, понятно, почему ученым государство и общество могут доверять.

— Вполне точно.

— У вас есть сейчас хороший джокер в кармане.

— Да.

— Многие Ваши коллеги, которые сформировались как ученые в советский период, ощущали себя в то время не просто интеллектуальной, но и социальной элитой общества. В современной России они таковыми себя не ощущают. И с горечью об этом говорят. В разных странах по-разному. Скажите, в Британии как себя ощущают ученые? Это элита?

— Ученые в Британии меньше всего обеспокоены этим вопросом.

— Очень хороший признак.

— Например, если человек не ученый, а бизнесмен, он старается соблюдать всевозможные регламенты в одежде, поведении и т. д., иначе это может существенно повлиять на успех его бизнеса, а ученые как-то меньше беспокоятся…

— Уж в науке точно никто не встречает по одежке. Нигде и никогда.

— Совершенно верно. Если человек чувствует в себе научный заряд и творческую силу и может делать действительно хорошие работы. По гамбургскому счету я бы не различал ученых британских, японских, российских. Я бы говорил так: люди, получившие хороший результат, талантливые ученые, одаренные ученые, гениальные ученые или профессиональные ученые, которые хорошо или плохо делают свою работу. Такое разделение, мне кажется, куда более продуктивно или осмысленно.

— Тем не менее сейчас в России разрабатываются программа с участием сразу несколько государственных ведомств. Агентство стратегических инициатив, Российская венчурная компания и другие. Программа по возврату 15 тыс. наших соотечественников-ученых из-за рубежа. Не то чтобы насильно. Пока еще речь об этом не идет, будем надеяться. О депортации такой принудительной речи нет. Как Вы к этому относитесь?

— Я думаю, что если от этого ученым будет действительно хорошо, то очень положительно.

— А есть такая вероятность?

— Наверное. Российские ученые, которые уехали в разные страны, они тоже по-разному живут и по-разному устроены. Некоторые счастливы, некоторые нет.

— Если бы к Вам обратились, Вы бы как среагировали?

— Прежде всего, конечно, ознакомился бы и отнесся к этому предложению серьезно и внимательно.

— Многообещающе звучит. Думаю, создатели программы возьмут Вас на заметку. Теперь они и Вас посчитают. Спасибо большое.

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

Связанные статьи

 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *