Новостивысоких технологий

Oн рeшил взглянуть нa рaбoту oбщeй тeoрии oтнoситeльнoсти, испoльзуя oчeнь прaктичeский пoдxoд, кoтoрый минoвaл всю эту прoблeму с систeмoй кooрдинaт, и пoкaзaл, чтo вoлны мoгут двигaть чaстицы впeрeд и нaзaд пo мeрe прoxoждeния. Чтo прoизoшлo? Нeзaвисимo oт тoгo, кaк oни пытaлись выстрoить систeму кooрдинaт, oни всeгдa нaxoдили «сингулярнoсть» гдe-тo в прoстрaнствe-врeмeни. Причинa, пo кoтoрoй мы видим двe чeрныe дыры, в тoм, чтo oни ближe друг к другу, чeм мoгут быть двe звeзды. Вы чтo-тo измeряeтe или oбмaнывaeтe сaми сeбя? Дэниeл Кeннeфик, физик-тeoрeтик из Унивeрситeтa штaтa Арканзас, начал свою карьеру в качестве аспиранта, работающего с соучредителем LIGO Кипом Торном над этим доказательством общей теории относительности. Есть надежда, что LIGO «откроет новое окно во Вселенную», обнаруживая гравитационные волны ранее неизвестных астрофизических объектов. 20 лет он увиливал от признания гравитационных волн, не понимая, подтверждает или исключает их его революционная общая теория относительности 1915 года. 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. Сигнал имел место, ровно с той формой волны, как и предсказывалось, от слияния двух черных дыр. Чтобы уловить сигнал — крошечный шквал сокращений и расширений в пространстве-времени, этот «чик-чирик», как его называют ученые — потребовались необычные технологии. 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. Но единого метода, который позволил бы вам сделать сразу все, просто нет. Это лишь пара примеров из многогранных концептуальных и формульных прорывов того времени. Кеннефик рассказал журналу Quanta Magazine, куда направляются теоретики с новым открытием. С точки зрения теоретика, можно считать невероятным то, что теоретические предсказания оказались настолько близкими к реальности. При всей концептуальной элегантности этой теории, которая связала гравитацию с эффектом искривления «пространства-времени», ее математическая сторона была невероятно сложной. Это прелестная фраза, поскольку она отражает скепсис — «путешествие на скорости мысли» это из области несуществующего. С другой стороны, она отражает важность скепсиса, ведь, в конце концов, есть только один, а не три типа гравитационных волн. 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. Тот так рассердился, что просто снял работу с публикации. В 60-х годах Роджер Пенроуз, великий английский релятивист, изучал структуру пространства-времени. Этот вопрос был решен раз и навсегда на прошлой неделе, когда ученые из обсерватории Advanced LIGO (Advanced Interferometer Gravitational-Wave Observatory) сообщили об обнаружении гравитационных волн, родившихся в результате слияние двух черных дыр в миллиарде световых лет от нас. Возможно, в поиске неожиданных сигналов нам поможет машинное обучение. К 1930-м годам до людей начало доходить: «А знаете, непонятно, какая теория могла бы этому препятствовать». И все потому, что сигнал, который вы можете обнаружить, это характерная линия, а вам нужно отделить зерна от плевел. Поскольку Эйнштейн не верил в существование черных дыр, он не подозревал и о существовании системы, которая позволила бы нам увидеть гравитационные волны. Мы будем менять наши системы координат, пока не найдем что-то, что будет работать стабильно». Сингулярность означает место, в котором мы не можем назначить номер величины волны. Переносят ли энергию? И как был решен этот вопрос? И парень по имени Франс Преториус нашел способ это сделать, а после появились и методы. Как люди потом выяснили, на что будут похожи гравитационные волны, произведенные сливающимися черными дырами, на Земле? Поэтому им пришлось написать эту работу и отправить в Physical Review. И эта энергия должна браться от гравитационной волны. Как только мы отвечали на один вопрос, появлялся новый. Но люди так и не знали никаких астрофизических источников гравитационных волн, которые были бы достаточно сильными, чтобы их можно было обнаружить, верно? Но сделать это сложно, поскольку вам нужен принципиально другой математический формализм, чтобы описать очень далекое гравитационное поле — в «бесконечности» или где-то здесь, на Земле — в отличие от того, с помощью которого описывают сами черные дыры. Очарованный спорной историей исследований гравитационных волн, Кеннефик начал с истории; в 2007 году он написал книгу «Путешествуя со скоростью мысли: Эйнштейн и поиск гравитационных волн», а в прошлом году стал соавтором An Enstein Encyclopedia, энциклопедии, посвященной великому ученому. Или более онтологически: что такое реальность? Но у LIGO много помощников и есть проект Einstein@Home. 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. Когда волна проходит, шарики будут двигаться вперед и назад, но палка будет оставаться жесткой, поскольку электромагнитные силы в палке будут пытаться удерживать атомы и электроны в том же положении, где они и были ранее. По предложению коллеги, он перешел к другой системе координат, и она позволила ему четче разглядеть, что волны были. 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. Существуют ли в том виде, в каком мы сможем их обнаружить? Верно. И потом другие люди дошли до методов из гидродинамики. Значит, шарики будут скользить по палке, а трение будет производить энергию. Черные дыры маленькие и массивные, поэтому могут оказаться близко друг к другу и вращаться очень и очень быстро. Они не считали возможной концентрацию массы в точке. Учитывая усилия, которые были затрачены на распознание сигнала от слияния черных дыр, как мы сможем увидеть неожиданное? Придется выкапывать сигнал из шума. И некоторые люди заговорили, что даже если гравитационные волны существуют, их невозможно уловить. Некоторые пытались провести эти расчеты в 50-х и 60-х, но получали некорректные ответы. И открыл, что на границе пространства-времени есть больше, чем одна бесконечность, и нужно выбрать правильную бесконечность для включения в свое условие. Вместе с этим подтвердили также существование пары черных дыр — этаких воронок в пространстве-времени, в существование которых поверить было еще сложнее. Несомненно, у всех были сомнения — тому причиной была серия противоречий. В 1960-х годах группа Джона Уилера, в которой был также Кип Торн, и другие разработали теорию черных дыр. Почти 100 лет потребовалось ученым, чтобы подтвердить предсказанное Эйнштейном: гравитационные волны не только существуют, их можно наблюдать, слышать, если точнее, по мере движения через космос. Как фраза в названии вашей книги — «путешествуя со скоростью мысли» — подчеркивает эту неопределенность? Насколько потрясающим стало для вас объявление прошлого четверга? Карл Шварцшильд обнаружил решение черных дыр для уравнений Эйнштейна в 1916 году, в том же году, когда Эйнштейн предсказал гравитационные волны. Если я спрошу вас, какова долгота Северного полюса, вы скажете: что ж, все линии долготы проходят через Северный полюс. Он указывал, что волны обычной бинарной системы звезд переносят так мало энергии, что мы никогда не заметили изменения в такой системе — и это правда. 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». Поэтому, сказал Кип, я хочу, чтобы все работали в группе над этим. Следовательно, эта волна обладает энергия». Они думали, что раз выходит сингулярность, это указывает на то, что гравитационных волн не существует. Нам хотелось заиметь прогноз формы волны с самого начала, когда LIGO может увидеть сигнал, и до конца, когда черная дыра уже успокоится и не будет испускать никаких волн. Одна из возможностей в том, что неожиданное может помочь нам, если будет очень большим сигналов. Существуют ли они? Поэтому Эйнштейн и Розен были озадачены. И тогда люди вроде Джо Вебера решили попытаться обнаружить гравитационные волны. 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. Физически он существует. В 1955 году Натан Розен попытался доказать, что гравитационные волны не переносят энергию, поэтому являются формально математическим конструктом без физического значения. «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. Поэтому пару лет назад они решили так: «Выбора нет. И так было с самого начала. Ключевой проблемой было включить условие, что нет никаких волн, приходящих в систему бинарных черных дыр из бесконечного далека — лишь волны, которые выходят в бесконечность.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.