Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности - Педро Феррейра

Затем программа была запущена. Процесс растянулся на семь месяцев, и этот период Преториус называет «настоящим мучением». Но, к своему удивлению и восторгу, он смог запустить программу, и с этого момента черные дыры начали движение по своим орбитам, пока не столкнулись, испустив вспышку волн и превратившись в одну быстро вращающуюся черную дыру. В результате было получено точное и четкое описание гравитационных волн, которого все так долго ждали. Преториус смог решить уравнения Эйнштейна при помощи компьютера. Он воспользовался множеством идей, выдвигавшихся в предшествующие годы, но именно его свежий взгляд на проблему смог нужным образом совместить их друг с другом.

Свои результаты Преториус анонсировал на конференции 2005 года в городе Банф, провинция Альберта. Орех уравнений Эйнштейна удалось, наконец, разгрызть и смоделировать поведение двух черных дыр, вращающихся вокруг общего центра и вытягивающих друг из друга энергию в неумолимой тяге к объединению, чтобы породить в итоге шквал гравитационных волн, постепенно исчезающий со временем. «Возник немалый ажиотаж, — вспоминает Преториус, — людям настолько интересно было узнать подробности, что после доклада был организован отдельный семинар для ответов на вопросы». Через полгода еще две группы объявили, что смогли решить задачу, рассмотрев эволюцию двойных черных дыр с другой стороны. Как и Преториус, они проследили весь жизненный цикл этих объектов. Казалось, что открытие Преториуса сняло психологический блок с других рабочих групп, и возник поток результатов, подтверждающих его вычисления.

Возникло ощутимое чувство эйфории и облегчения. Наконец-то появилась возможность описать форму неуловимых сигналов. Наблюдатели поняли, как извлекать призрачные сигналы из многочисленных помех, регистрируемых интерферометрами.

К концу своей жизни Джозеф Вебер озлобился. Его раздражали любые разговоры о гравитационных волнах. На немногочисленных конференциях и семинарах, в которых он участвовал, на публику выливался десятилетиями сдерживаемый им гнев. Он приходил в ярость от любых вопросов. Он увидел гравитационное излучение раньше кого бы то ни было, и этого у него никто не мог отнять. Один из его первых сторонников, Фримен Дайсон, написал стареющему Веберу письмо, оставшееся без ответа. Вот что он писал: «Великий человек не боится признать, что он ошибался и осознал свою ошибку. Я знаю, что вы — цельная натура. И у вас достаточно сил, чтобы признать свою неправоту. Если вы сделаете это, ваши враги обрадуются, но еще больше обрадуются ваши друзья. Вы восстановите свою репутацию ученого».

Ничего подобного Вебер не сделал. Наоборот, он стал противодействовать исследованиям гравитационных волн, активно выступая против проекта LIGO. Его ранние многочисленные появления на страницах печатных изданий создали вокруг него ореол эксперта по гравитационным волнам. И власти порой к нему прислушивались. В начале 1990-х, когда была предпринята третья отчаянная попытка поиска средств для проекта LIGO, Вебер отправил в Конгресс письмо, в котором утверждалось, что финансирование настолько дорогостоящего эксперимента будет напрасной тратой денег. Его детекторы прекрасно регистрировали гравитационные волны и обошлись в менее чем миллион долларов. Поэтому не было нужды тратить сотни миллионов. Однако его гневные речи ни на что не повлияли; на протяжении своей карьеры Вебер сделал столько абсурдных заявлений, что, как вспоминает Бернард Шутц, «к моменту, когда он начал выступать против LIGO, никто не хотел иметь его в числе своих сторонников». Почувствовав, что его игнорируют, Вебер пошел еще дальше. Он стал врагом области знаний, которую сам создал.

Вебер умер в 2000 году, еще до того, как проект LIGO начал свою деятельность. Для запуска идеально отлаженного инструмента потребовались десятилетия самоотверженной работы. За эти годы одна задержка сменяла другую. В 1980-х и в 1990-х Кип Торн заключил ряд пари с коллегами, утверждая, что гравитационные волны будут обнаружены еще до начала нового тысячелетия, и все их проиграл. Даже в начале XXI века проект LIGO сталкивался с непредвиденными проблемами, влияющими на работу детекторов, начиная от лесорубов с их циркулярными пилами в лесу Луизианы и заканчивая мистическими шумами в ядерных реакторах в Хэнфорде. Однако когда в 2002 году аппаратуру, наконец, включили, была достигнута та чувствительность, за которую все боролись. Это была первая часть эксперимента, изложенная в плане начала 1990-х. Детекторы могли улавливать перемещения менее чем на ширину протона, как и предусматривалось десятью годами ранее. Более того, команда LIGO объявила, что чувствительность инструмента даже выше, чем было предсказано. Это был оглушительный успех даже несмотря на то, что приборы пока ничего не зафиксировали. Как и предполагалось, в первом воплощении аппаратура не обладала чувствительностью, необходимой для регистрации гравитационных волн, но показывала, в какую сторону нужно двигаться. Теперь рабочая группа может работать над совершенствованием инструментария, пока он не увидит предсказанную Эйнштейном рябь пространства-времени.

Но это долгая история. В отличие от результатов Вебера, появившихся сразу после включения его детекторов, проекту LIGO потребуется работа тысяч технических специалистов в течение многих десятилетий, прежде чем распознавание гравитационных волн станет реальностью. Основателям проекта — Рону Древеру, Кипу Торну и Райнеру Вайсу — уже много лет, и возможно, в этот момент их уже не будет с нами. Может оказаться, что они посвятили жизнь делу, результатов которого так и не увидят. Тем не менее существует непоколебимая уверенность в реальности гравитационных волн; их предсказала теория Эйнштейна, о них свидетельствует, пусть косвенно, медленное, но неуклонное уменьшение орбиты пульсаров. Наблюдение гравитационных волн — не более чем вопрос времени. После этого исследования в области знаний, начало которой положил шумный успех Вебера, закончатся тихим шелестом пространства-времени, проходящего сквозь нашу планету.

Глава 11.

Темная Вселенная

В 1996 году в Принстоне на конференции «Critical Dialogues in Cosmology» звезды космологии попарно дискутировали о состоянии Вселенной. Организаторы выбрали для обсуждения ряд спорных открытых вопросов и пригласили собравшихся вступить в полемику. Пары докладчиков — ведущих астрономов, физиков и математиков, — выходя на сцену, отказывались от принятого на конференциях протокола. Они бросались в бой, пытаясь в пух и прах разбить аргументы оппонента. Это был странный, но увлекательный способ обсуждения научных вопросов.

Военные действия открыл Мартин Рис, человек, ставший одним из мастодонтов релятивистской астрофизики благодаря огромному вкладу в теорию черных дыр и Большого взрыва. Он утверждал, что космология является «фундаментальной наукой» и «одной из величайших наук об окружающей среде». Она обеспечивает максимальную применимость красивых математических и физических теорий, разработанных в XX веке Эйнштейном, Дираком и другими учеными. Более того, ей приходится иметь дело с множеством эмпирических данных о галактиках, квазарах и звездах, в попытках объяснить, каким образом эти на первый взгляд крайне запутанные механизмы складываются в одну большую картину Вселенной. Рис доказывал, что при всей своей сложности, противоречивости и незавершенности задачи космологии имеют первостепенное значение.

Картина Вселенной, которую рисовала космология на момент Принстонской конференции, была очень странной. Казалось, что мы понимаем намного меньше, чем мы думали. Большая часть Вселенной состояла, по-видимому, из экзотической материи, которую никто и никогда не видел в лабораториях. Непонятные «темная материя» и «темная энергия» влияли на пространство-время, почему-то оставаясь неуловимыми и нераспознаваемыми. Аргументы в пользу темной Вселенной появились в один прекрасный полдень при обсуждении крупномасштабной структуры. В космологии именно эта тема привлекла меня в первую очередь.

Глядя на Вселенную, мы видим замысловатую световую мозаику из галактик, собирающихся в скопления, нити и стены, оставляя в промежутках большие пустые области. Богатый, полный информации и крайне сложный объект. Откуда берется крупномасштабная структура Вселенной? Для участников конференции это был самый актуальный вопрос, так как ответ на него пока еще никто не искал. Поэтому организаторы посвятили данной теме все утро. Долговязый астроном из Принстона Дж. Ричард Готт, растягивая слова, как это было принято у южан, защищал здравый смысл. На первый взгляд Вселенная выглядит очень пустой, поэтому Готт предположил, что она практически лишена материи, которая медленно эволюционирует в галактические нити и скопления, заполняющие наше небо. Другой молодой и энергичный астроном из Принстона, Дэвид Спергел, предположил, что Вселенная не пуста, а заполнена невидимой темной формой материи. Такая материя должна состоять из фундаментальных частиц, не учтенных в стандартной модели и пока не наблюдавшихся ни в одном эксперименте. Но самое необычное предположение выдвинул последний докладчик, остроумный космолог-теоретик из Чикаго Майкл Тернер. Почему не предположить, что Вселенная пронизана энергией с ненулевой космологической постоянной? Во Вселенной Тернера около двух третей материи должно учитываться при помощи космологической постоянной, которую так решительно отвергли семьдесят лет назад. Собравшихся это предложение не впечатлило. Космологическая константа считалась самым большим промахом Эйнштейна.