Космос для не космонавтов - Денис Игоревич Юшин

Подведём своего рода итог, чтобы принять факт существования гравитационных волн как данность. При этом обозначим вероятное практическое применение и направления дальнейшего развития этой потрясающей, опередившей своё время работы по их обнаружению.

Суть гравитационных волн простыми словами

11 февраля 2016 года на пресс-конференции в Вашингтоне группа учёных обсерватории LIGO объявила о том, что смогла зафиксировать гравитационные волны, испущенные при столкновении двух чёрных дыр 1,3 млрд лет назад.

После этого оборудование LIGO, Virgo и других обсерваторий непрерывно совершенствовалось. В итоге гравитационные волны от слияния чёрных дыр регистрировались уже целых четыре раза.

16 октября 2017 года весь мир узнал ещё об одном выдающемся открытии астрономов LIGO, Virgo и ещё 70 обсерваторий, которые достигли таких мощностей, что смогли зафиксировать гравитационные волны от слияния двух нейтронных звёзд.

Фотография источника гравитационных волн – NGC 4993 (в центре различима вспышка). Фото с сайта nplus1.ru

Отличительной особенностью данного открытия стало то, что это событие было зафиксировано и в оптическом диапазоне. То есть учёные буквально его увидели!

Никто не сомневался, что открытие гравитационных волн будет удостоено Нобелевской премии по физике. Так и произошло. Премию вручили Райнеру Вайсу, Барри Баришу и Кипу Торну.

При этом учёные совершенно не торопятся говорить о практическом применении гравитационных волн. Сначала необходимо проанализировать результаты, сделать соответствующие выводы и только после этого двигаться дальше.

Но каждый раз, когда приходится отвечать на подобные вопросы, специалисты напоминают, что ещё совсем недавно человечество точно так же не знало, что делать с электромагнитными волнами, которые в итоге привели к настоящей научно-технической революции.

Чем они могут быть полезны?

Во-первых, фиксация гравитационных волн в очередной раз подтвердила общую теорию относительности, в рамках которой они были описаны в 1916 году. ОТО была одним из самых глубоких научных и философских осознаний ХХ века и сейчас составляет основу самых интеллектуальных исследований в реальности.

То, что человек смог разработать такой труд, имея лишь личное стремление к познанию окружающего мира, – факт просто невероятный. В астрономии применения общей теории относительности ясны: от гравитационной линзы до измерения расширения Вселенной. Бóльшая часть современных технологий использует уроки теории относительности в тех областях, которые считаются простыми. Например, спутники глобальной навигации не будут достаточно точными, если не применять простую корректировку замедления времени, предсказанного теорией относительности.

При этом следует понимать, что, когда Альберт Эйнштейн представил свою теорию в 1916 году, её применение было, мягко говоря, сомнительным. Эйнштейн просто описывал Вселенную такой, какой он её видел. И вот сейчас доказан очередной её «фантастический» постулат. Конечно, это вызывает бурю негодования у тех, кому физика побоку (хотя именно такие и жалуются на неточность навигации, например, в навигаторе смартфона). Спрашивать у астрофизиков о том, как могут быть использованы гравитационные волны, себе дороже.

Но я вам по секрету всё же отвечу. После того как физики собрали данные от пар чёрных дыр, которые будут играть роль маяков, разбросанных по Вселенной, они смогут измерить скорость расширения Вселенной или количество тёмной энергии с чрезвычайной точностью. Намного точнее, чем они могут сделать это сегодня.

– Ну хорошо им! – скажут многие.

А каково их практическое применение?

Существует исключительно умозрительная интерпретация. Например, открытие рентгеновских лучей. Вильгельм Рентген в 1895 году обнаружил лучи, впоследствии названные его именем, во время опытов с электронно-лучевыми трубками. Лишь в 1901 году он получил за их открытие первую Нобелевскую премию по физике. И это при том, что сам он занимался их исследованием не более года. Основную же часть работы сделали его последователи. В итоге эти электромагнитные волны стали ключевым компонентом в повседневной медицине.

Аналогично первым экспериментальным получением радиоволн в 1887 году Генрих Герц подтвердил известные электромагнитные уравнения Джеймса Клерка Максвелла. Только спустя большой промежуток времени, в 90-х годах ХХ века, Гульельмо Маркони создал радиопередатчик и радиоприемник, доказав их практическое применение. За это он тоже получил Нобелевскую премию по физике в 1909 году. Уравнения Шрёдингера, описывающие сложный мир квантовой динамики, начинают находить применение только сейчас, в разработке сверхбыстрых квантовых вычислений, оставаясь во многом непознанными.

Все научные открытия полезны, и многие, в конечном счёте, имеют повседневное применение, которое мы со временем воспринимаем как должное.

В настоящее время практическое применение гравитационных волн пока ограничивается астрофизикой и космологией. Без сомнения, учёные и инженеры найдут другое применение этим волнам, помимо зондирования космического пространства. Как минимум, обнаружению этих волн поспособствовало развитие технологий в оптической технике для LIGO. Теперь нам доступна «тёмная сторона Вселенной», которая находится за пределами электромагнитного излучения.

Безусловно, обнаружение гравитационных волн – триумф человечества, который поможет изучить нашу Вселенную для будущих поколений. Это определенно золотой век для науки, в котором исторические открытия стали обычным делом.

А что, если пофантазировать?

Давайте попробуем заглянуть лет на 15–20 в будущее, когда себя проявят ныне живущие Теслы, Эйнштейны и Рентгены. Так как мы говорим о волнах, то в первую очередь на ум приходят телефонная, радио- и мобильная связь, интернет-сети.

Я имею в виду, что на основе открытия гравитационных волн могут быть созданы принципиально новые каналы беспроводной передачи данных. Действующие на любые расстояния, не требующие ретрансляторов, характеризующиеся высоким качеством связи. Это значительно удешевит стоимость новых приборов, упростит и ускорит развитие новых технологий.

Поисково-спасательная отрасль

Уж если учёные собираются заглянуть в недра нейтронных звёзд при помощи гравитационных волн, то почему бы на их основе не создать принципиально новые устройства, способные прогнозировать землетрясения или, например, для обнаружения людей под завалами.

Поиск полезных ископаемых

Из сказанного вытекает и возможность создавать устройства, предназначенные для обнаружения залежей полезных ископаемых, определения их промышленных запасов, оптимальных точек бурения (для нефти, газа и газового конденсата) и многое другое.

Дефектоскопия

Неразрушающий контроль сейчас является основным направлением в исследовании свойств материалов. Дистанционный контроль усталости металлов и композитов в критических режимах перед разрушением; управление и контроль за процессами синтеза материалов при помощи новейших технологий.

Медицина и биология

На основе гравитационных волн могут быть созданы принципиально новые и абсолютно безопасные медицинские приборы, а также оборудование для диагностики состояния биологических систем и в лечебных целях. Безопасные, потому что гравитационные волны непрерывно проходят сквозь нас, никак не влияя на наше самочувствие.

Астрофизика

Уже сейчас можно смело говорить о том, что речь может идти о новом этапе в изучении и освоении космоса. Гравитационные волны теоретически дают нам возможность, например, «увидеть, услышав» первые моменты существования Вселенной после Большого взрыва.

Изучение гравитационных волн