Шесть неожиданных фактов о гравитационных волнах

Что ж, у вас было достаточно времени, чтобы подумать об открытии LIGO гравитационных волн, понять, что это такое, и сделать для себя интересные выводы. Значимость этого открытия потрясла мир, поэтому вам будет интересно узнать о менее известных его сторонах. Например…

Гравитационные волны не должны быть полезными

Это обычный вопрос, который появляется вместе с новым научным открытием: можно ли гравитационные волны есть? Можно ли на них плавать? В общем, можно ли сделать с их помощью что-нибудь полезное? Например, построить антигравитационную машину. Или варп-двигатель. Все эти идеи прекрасны по-своему, но они не улавливают главного. Мы изучаем гравитационные волны не для того, чтобы что-нибудь сделать. Мы изучаем гравитационные волны, поскольку хотим понять гравитационные волны.

Очень хорошо об этом сказал Ричард Фейнман:

«Физика похожа на секс: конечно, она может дать некоторые практические результаты, но мы занимаемся ею не поэтому».

Очевидно, сложно предсказать появление новых технологий, которые могли бы взять свое от этого открытия. Взять, к примеру, лазер. Когда его создали в 1960 году, многие думали, что у него не будет практического применения. Конечно, они ошибались. Лазеры сегодня повсюду.

Обнаружение LIGO не доказывает существование гравитационных волн

Но начнем с сути «доказательства». Наука никогда не доказывает истину чего-то — она просто не может это сделать. Наука строит модели. Если эти модели соответствуют реальным данным, прекрасно — но это не подтверждает истинность модели. Напротив, если вы найдете данные, которые не согласуются с вашей моделью, это может указать на ошибочность модели. Так что слово «доказательство» можно не использовать.

Дальше. LIGO не доказал существования гравитационных волн. Но этот проект первым собрал доказательства в поддержку гравитационно-волновой модели. Разве это лучше? Нет. Проблема остается. Вернемся в прошлое. В 1993 году Рассел Халс и Джозеф Тейлор-младший получили Нобелевскую премию по физике за свое открытие бинарного пульсара с изменяющимся орбитальным периодом. Согласно обшей теории относительности Эйнштейна, эти пульсары должны испускать гравитационные волны и уменьшать орбитальный период, как в точности обнаружили Халс и Тейлор. Можно сказать, они первыми получили убедительные доказательства существования гравитационных волн.

Но разве LIGO не обнаружил волны вместо того, чтобы просто найти указание на их существование? Можно сказать и так, но тут все зависит от того, что считать «прямым измерением». Никто не видел гравитационную волну. LIGO смотрела на движение зеркал, вооружившись представлениями о гравитационных волнах. Не поймите меня неправильно, открытие действительно серьезное.

LIGO не обнаружила бы этот сигнал без Advanced LIGO

Advanced LIGO увеличила чувствительность детекторов. Поскольку сила сигнала гравитационной волны слабеет с пройденным расстоянием, более чувствительный детектор позволит «увидеть» Вселенную дальше. Много дальше.

Без Advanced LIGO потребовалось бы гравитационное событие (вроде столкновения нейтронных звезд) гораздо ближе к Земле. Если эти события редкие, придется долго ждать. Увеличивая дистанцию наблюдения, LIGO повышает шансы на обнаружение будущих событий.

В LIGO вложили достаточно много

Национальный научный фонд США инвестирует в поиск гравитационных волн с 1970-х годов. С тех пор в него вложили порядка 1,1 миллиарда долларов. Это достаточно много денег, разделенных на достаточно длительное время. Конечно, всем хотелось бы отдачи пораньше, но не всегда выходит так. Наука умеет ждать, терпеть, не видеть прогресса долгое время (хотя прогресс есть). Стоит ли этот проект миллиарда долларов? Абсолютно. Впрочем, в 2015 году военные США потратили 600 миллиардов долларов, так что на этом фоне инвестиции в LIGO кажутся ерундой.

Есть планы отправить детектор гравитационных волн в космос

Именно так. Детектор в космосе будет избавлен от назойливого шума на земле. И вакуум тоже будет. Космическая гравитационная обсерватория также будет довольно большой, поскольку придется расставить зеркала в разных местах. Сопряженных с этим технических трудностей будет масса, но мы попытаемся.

Это цель программы eLISA. В рамках программы запустили две испытательных массы LISA Pathfinder. Эта конкретная миссия проверит, насколько точно можно расположить две массы — это необходимый шаг в сторону строительства космической гравитационной обсерватории.

Низкочастотные гравитационные волны можно измерить с помощью радиотелескопа

Пульсары похожи на часы мироздания. Тайминг (хронометрирование) пульсара измеряется с помощью радиотелескопов (которые используют радиоволны вместо видимого света). Как их можно было бы использовать в роли детекторов гравитационных волн? Например, взглянуть на сигналы пульсаров в разных местах. Когда низкочастотная гравитационная волна проходит через пульсары, их собственный хронометраж меняется. На основе изменений времени и местоположения пульсаров вы можете создать по сути гигантскую версию LIGO в космосе (огромнейшую). Это называют массивами пульсарных временных решеток, и они совершенно реальны.

Возможно, в LIGO счастливы, что сообщили об обнаружении гравитационной волны до того, как это сделали радиотелескопы.