Астрофизик Сергей Попов о гравитационных волнах и современной астрофизике

О том, чем занимается астрофизика, как исследуют черные дыры, нейтронные звезды и черную материю, как изучают и проверяют теорию гравитации и что дает ученым открытие гравитационных волн, в программе «Ученый свет» рассказывает Сергей Попов.

Андрей БЫЧКОВ, ведущий радиоэфира:

Здравствуйте! В эфире программа «Учёный свет», в которой мы отвечаем на вопросы об окружающем мире. Меня зовут Андрей Бычков, я – автор и ведущий этой программы. Сегодня программу со мной ведёт научный сотрудник химического факультета МГУ Вера Грибанова. Вера, привет!

Вера ГРИБАНОВА, соведущая:

Привет, Андрей! Рада всех приветствовать на нашей передаче.

Андрей БЫЧКОВ:

Особенно в рабочий день. Я хотел вначале вам рассказать, что нас каждый раз снимают на видео наши замечательные друзья, портал «Чердак». Это научно-образовательный проект, очень интересный. Видео всех наших предыдущих выпусков вы можете посмотреть на этом портале. Но не только эти видео, а ещё очень много интересных научных материалов об окружающем мире. Ещё есть такая информация: 8 февраля отмечался День российской науки. В Москве в этот день проходило несколько мероприятий. В частности, открылась выставка «Подойди ближе: 24 оттенка российской науки», которая рассказывает о достижениях российских учёных в 2015 году. Выставка проходит перед главным зданием Информационного агентства ТАСС на Тверском бульваре. Организатором выставки выступил научно-популярный портал «Чердак» и Информационное агентство ТАСС. Вход на выставку свободный. Напомню ещё раз: выставка проходит на Тверском бульваре. Время проведения – с 8 февраля по 16 марта 2016 года, так что если будете мимо проходить, будет очень интересно. Крайне рекомендую. А сегодня у нас в гостях Сергей Борисович Попов, известный российский учёный, астрофизик и популяризатор науки, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга. Сергей, здравствуйте!

Сергей ПОПОВ, эксперт:

Добрый день!

Андрей БЫЧКОВ:

Во-первых, мы хотим поздравить Сергея с вручением специальной премии «За верность науки». Второй пункт – Сергей, конечно же, нам очень интересно! Вы астрофизик. Расскажите, пожалуйста, что есть современная астрофизика. Какие вопросы интересуют нынешних исследователей?

Сергей ПОПОВ:

Спасибо! Итак, я за всю современную астрофизику отвечаю. Она относительно большая наука, особенно если мерить в сантиметрах или парсеках, или даже световых годах. На самом деле, спектр исследований очень велик. Как раз астрофизика стала настолько большой, что нечто уже отпочковывается. Исследования Солнечной системы – это уже отдельная вещь под названием «планетология», чем-то похожая на геофизику и геологию. Астрофизика занимается, наверное, всем дальше, начиная от звёзд, где есть много всяких нерешённых вопросов, включая, естественно, чёрные дыры и нейтронные звёзды, которые из звёзд образуются. Дальше – Галактика, другие галактики, сверхмассивные чёрные дыры в далёких галактиках. Как эти галактики объединяются в скопления? И наконец, мы приходим к самому большому масштабу – к космологии. Космология, по сути, тоже является частью астрофизики, я бы сказал.

Андрей БЫЧКОВ:

А какова ваша сфера научных интересов? Чем вы занимаетесь?

Сергей ПОПОВ:

Моя сфера очень узенькая, но самая интересная, безусловно. Я занимаюсь нейтронными звёздами. Как известно (и как можно прочесть на обложке моей книги), нейтронные звёзды – это суперобъекты. Потому что в них много всего сконцентрировано. Вся интересная физика «упакована» в относительно маленький шарик. И поэтому изучение данных объектов интересно не только астрономам, астрофизикам самим по себе, но и многим разделам фундаментальной физики, от теории гравитации до ядерной физики, от электродинамики до физики частиц.

Вера ГРИБАНОВА:

Сергей, скажите, какие современные эксперименты сейчас ставится?

Сергей ПОПОВ:

Астрономию я ещё в школе преподавал. Как это было – «и ещё немножко шил». Когда у меня дети начинали астрономию изучать, они на обложке записывали в тетрадке: астрономия – это такая особая наука, которая единственная из естественных наук не является экспериментальной. Она является наблюдательной. На самом деле, есть области экспериментальной астрофизики, но к счастью, я надеюсь, эти люди меня сейчас не слышат и поэтому ругать не будут. Это когда люди пытаются воспроизводить в лаборатории астрофизические процессы. Но всё-таки прелесть астрофизики в том, что мы можем наблюдать какие-то колоссальные процессы, которые сами по себе происходят в природе, и узнавать что-то новое. Причём сама прелесть заключается в том, что они там происходят на таких энергиях, масштабах, временах, которые в лаборатории недоступны. Мы не можем в лаборатории провести эксперимент длительностью в 10 миллиардов лет. Или у нас есть Большой адронный коллайдер – он какой есть, такой и есть. А у нас из космоса прилетают частицы в 100 млн. раз с большими энергиями. Этим астрофизика часто интересна другой части физики, а не только тем, кто ею занимается.

Андрей БЫЧКОВ:

Понятно. Мы сегодня будем говорить про вашу тему, про нейтронные звёзды, про чёрные дыры. Эти темы настолько загадочны, что, мне кажется, у большого количества наших слушателей накопилось много вопросов по ним. Я хотел бы обратиться к ним и сказать, что они могут принять участие в нашей беседе. В таком случае, присылайте свои вопросы на sms-номер 8 (495) 888-89-48, или через сайт, нажав на плашку «Написать в эфир», или в twitter «Говорит МСК».

Вера ГРИБАНОВА:

Нам также можно дозвониться ещё в прямой эфир.

Андрей БЫЧКОВ:

Всё верно. Нам можно позвонить по номеру 8 (495) 737-39-48. Но звонки мы, наверное, чуть позже будем принимать. А сейчас – вот что: на прошлой неделе мы анонсировали, что будем говорить о гравитации и гравитационных волнах.

Сергей ПОПОВ:

Это правильно! Даже если о них не говорить, то это должно привлекать слушателей, особенно с прошлой недели.

Андрей БЫЧКОВ:

Да, просто именно на прошлой неделе учёными было оглашено – хотя, насколько я понимаю, сама регистрация случилась ещё в сентябре 2015 года: человечество впервые в своей истории зафиксировало гравитационные волны. Был поставлен эксперимент. Наш гость наверняка много раз отвечал на вопросы, посвящённые гравитационным волнам. Нам бы хотелось сакцентировать внимание на таком аспекте: какова научная ценность этого открытия? Что это значит для современной науки?

Сергей ПОПОВ:

Есть, наверное, 3 таких аспекта. Первое – что это сразу даёт фундаментальной физике? Это подтверждение существенного предсказания общей теории относительности. И ещё некоторые предсказания общей теории относительности проверены с большей точностью. Два других момента – то, что эта штука даёт в ближайшем будущем. Поскольку мало, кто сомневался, что гравитационные волны будут открыты, для многих важно, что установка работает. И это некий новый инструментарий, который появляется сразу как в арсенале физиков, так и в арсенале астрофизиков. Соответственно, можно будет по-другому, лучше, больше проверять и изучать теории гравитации. Существенный момент состоит в том, что все понимают: общая теория относительности – это лучшая теория гравитации, которая у нас есть на сегодняшний момент. Но надо двигаться дальше. Люди этим постоянно занимаются. Есть какие-то другие идеи. Есть альтернативы. Их предсказания надо проверять. Второй момент: это инструмент для астрофизиков. Теперь мы сможем изучать чёрные дыры и нейтронные звёзды так, как не могли изучать их ранее. Не то, что именно в больших подробностях, а действительно как бы увидеть их с другой стороны. Т.е. представьте, что вы поехали куда-нибудь во Флоренцию, гуляете по городу и вдруг увидели дворец. Вы и так его осматривали, и так, и путеводитель почитали, но тут у вас появляется возможность попасть внутрь. Это сразу всё меняет. Не то, что вы в более мелких деталях рассмотрите фронтон, а вообще по-другому сможете его изучать. Именно это даёт работа LIGO. В этом году присоединится VIRGO. В первую очередь, для нейтронных звёзд – мы сможем видеть, как они сталкиваются, что при этом происходит. До этого у нас был только один и немножечко опосредованный канал изучения столкновений нейтронных звёзд: это наблюдение гамма-всплесков. Изучение гравитационных волн даст больше информации.

Вера ГРИБАНОВА:

Ясно. А какие-то новые эксперименты по регистрации гравитационных волн ещё будут ставиться?

Сергей ПОПОВ:

Да, безусловно, будут. Важно понимать, что…

Вера ГРИБАНОВА:

А где?

Сергей ПОПОВ:

Везде! Да, второй хороший вопрос – зачем именно везде? Важно понимать, что LIGO делали 25 лет, по сути. Первые 10 лет обсуждали, делали предварительные вещи.

Андрей БЫЧКОВ:

LIGO – это компания, которая зафиксировала, зарегистрировала волны?

Сергей ПОПОВ:

LIGO – это аббревиатура, естественно: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, что в переводе с английского значит «Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория». Это два инструмента. Соответственно, у них есть ещё третий инструмент, установленный рядом, параллельно одному из четырёхкилометровых. Вот эту штуку перевезут в Индию, смонтируют там, проапгрейдят – и эти будут апгрейдить. В этом году заработает VIRGO (детекор гравитационных волн, расположенный в EGO – Европейской гравитационной обсерватории). Так как их строили долго, планы на них расписаны далеко вперёд. Следующим новым детектором будет японский детектор. Много их нужно для того, чтобы, в первую очередь, точнее определять положение источников на небе. Поскольку детекторы гравитационных волн принимают сигнал отовсюду, они очень плохо могут сказать, откуда он пришёл, если сигнал один. Это очень похоже на то, как мы слышим звук. Скажем, вы услышали звук выстрела, где он произошёл? Да Бог знает где! Но если есть второй свидетель, стоящий в двухстах метрах от вас, вы уже гораздо точнее скажете. А если таких людей вы опросите человек 5-6, то фактически вы сможете найти точку. Или, если угодно, выстрелы не так часто мы слышим, хотя петарды в Москве рвутся часто – положение сотового телефона вышками определяется примерно так же. По сигналам с нескольких вышек вы можете очень точно определить, и уж это во всех полицейских боевиках многократно объяснялось публике – как всё делается и происходит. Поэтому нужно много детекторов. Плюс ко всему, это сложные устройства. Они работают не всё время. У них много всяких технических периодов, когда они не работают. И наличие трёх-четырёх детекторов гарантирует вам, что два-три из них работает постоянно. А сигналы настолько слабые, что сигнал, который видит только один детектор, никто никогда не будет серьёзно обсуждать. Почему сейчас детектора 2, и они проверяют друг друга.

Андрей БЫЧКОВ:

Сергей, я бы вас попросил немного рассказать про сам этот эксперимент – про регистрацию. Но предварительно я хотел спросить у наших слушателей; мы заранее просто договорились, что нам очень интересно знать – как это открытие повлияло лично на вас? Давайте проведём такое голосование. Три варианта будет у нас. Первый вариант: «Никак не повлияло» - вы ничего не сделали после открытия гравитационных волн. 8 (495) 134-21-35. Вы посмотрели, открыли Википедию, скачали книжку в Интернете – 8 (495) 134-21-36. А третий вариант, 8 (495) 134-21-37 – вы сходили на научно-популярную лекцию, приобрели книгу… Какие ещё варианты мы предложим слушателям, Сергей?

Сергей ПОПОВ:

Я думаю, самые разные, связанные с тем, что вы встали, куда-то пошли, сделали что-то новое для себя, чтобы больше узнать об этой тематике.

Андрей БЫЧКОВ:

Хорошо, тогда ещё раз – голосование для наших слушателей. Я напомню: по 495-му коду вы можете позвонить: 134-21-35 – никак на вас не повлияло это открытие, вы не изменили ваше отношение. 134-21-36 – вы открыли Википедию, тот или иной онлайн-ресурс. 134-21-37 – вы пошли на лекцию или купили книжку, совершили серьёзный поступок, встали и поинтересовались. Пока идёт голосование, Сергей, буквально несколько слов про этот эксперимент? Очень интересно, как он был поставлен!

Сергей ПОПОВ:

Проблема с гравитационными волнами состоит в том, что они очень плохо взаимодействуют со всем остальным. Гравитация – очень слабая сила. Она так сильно на нас действует просто потому, что заряд один, и он ничем не компенсируется. Поэтому гравитационные волны поймать трудно. Впервые люди в 60-е гг. ХХ века задумались над тем, как бы это сделать.

Вера ГРИБАНОВА:

Да, у нас уже есть похожий вопрос на сайте.

Сергей ПОПОВ:

И стали делать первые детекторы, которые соорудить относительно легко. Когда проходит гравитационная волна, она в телах возбуждает силу, по сути своей, похожую на приливную. Можно прямо называть это «приливная сила».

Андрей БЫЧКОВ:

Как прилив?

Сергей ПОПОВ:

Да. Т.е. тело начинает колебаться. И вы можете, например, взять какую-нибудь железяку, облепить её датчиками и посмотреть, не будет ли она колебаться. Это относительно легко. Люди в 60-е годы уже могли это делать. И до настоящего времени такие детекторы строят, делают, совершенствуют.

Вера ГРИБАНОВА:

А где их начали делать?

Сергей ПОПОВ:

В США. Первым был Вебер. Но потом их начали делать везде. У нас в институте есть такой.

Андрей БЫЧКОВ:

А можно я прерву маленьким вопросом от нашего слушателя? «Правда ли, что принцип определения гравитационных волн описали наши учёные в шестидесятых годах?».

Сергей ПОПОВ:

Правда. Ну, ещё раз смотрите. Есть совсем базовые принципы. Грубо говоря, их описал Эйнштейн. Я несколько утрирую. Дальше – есть разные типы детекторов. То, как работает LIGO, впервые действительно было предложено Эйнштейном в 1962 году и опубликовано в «Журнале экспериментальной и теоретической физики». Соответственно, люди делали детекторы с этими колеблющимися железяками. Наши учёные предложили лазерные детекторы. Идея примерно та же самая: вам нужно заметить, как двигаются тела. Но теперь это зеркала, между которыми бегает лазерный луч. Такие измерения, в принципе, чрезвычайно высокоточные. Это правильный подход, безусловно. Вопрос всё равно в точности. Так вот: точности удалось достичь в сентябре 2015 года. Вторая проблема связана с тем, что является источником. А именно – источником для таких детекторов, в первую очередь, являются сливающиеся нейтронные звёзды или чёрные дыры. Это событие относительно редкое. В нашей Галактике слияние нейтронных звёзд происходит примерно раз в 20 000 лет. Если вы сделаете детектор, который видит сигнал только из нашей Галактики, вам 20 000 лет придётся ждать. Если вы хотите 10 штук в год, вам надо охватить такой объём, чтобы туда 200 000 галактик попало. И когда делали LIGO и VIRGO, детекторы одного класса и типа, была поставлена задача: сделать детекторы, которые, исходя из предсказаний астрофизиков, будут регистрировать минимум десяток событий в год. Всё равно строились прототипы. Есть замечательный детектор GEO-600 в Германии, на котором отрабатывался миллион технологий. В Японии работал детектор KAGRA (LCGT) 300. 600 – это длина «плеча» интерферометра в метрах, 300 – тоже. А вот LIGO и VIRGO имеют длины «плеч» в 4 километра. Ну и всё: приходит гравитационная волна. Она заставляет зеркала сдвигаться друг относительно друга. Это меняет интерференционную картинку, т.е. то, как складываются лазерные лучи. Их складывают так, чтобы при покоящихся зеркалах был ноль (было темно). А если зеркала смещаются друг относительно друга, появляется сигнал. Поскольку это волна, то это колебания. Зеркала колеблются, и рисуется та красивая картинка, которую, я надеюсь, все видели в Интернете.

Андрей БЫЧКОВ:

Ну, кто-то видел. Кстати, по поводу интереса людей к этому открытию: у вас на мониторе, Сергей, наверняка тоже отображаются результаты голосования. 2/3 просто слышали об этом, приняли событие к сведению.

Сергей ПОПОВ:

Но мы туда много всего хорошего включили! Если, например, человек услышал про гравитационные волны и бросил курить, это попадает в «пункт А» с точки зрения популяризации науки. Так что, вполне возможно, он ничего не сделал. А может быть, у людей вся жизнь перевернулась, они начали зарядку делать по утрам или ещё что-то?

Андрей БЫЧКОВ:

Помимо того, 18 % говорит о том, что они открыли статью в Интернете. И где-то 18 % ответили…

Вера ГРИБАНОВА:

Что не знают.

Андрей БЫЧКОВ:

Нет, что они как раз пошли и сделали.

Вера ГРИБАНОВА:

Значит, не знали!

Сергей ПОПОВ:

Про зарядку и отказ от курения – это не пустые слова, потому что следующий важный шаг, коли уж про будущий детектор вы спросили – это запуск детектора в космос. Эти детекторы на Земле регистрируют слияние чёрных дыр, которые получаются из звёзд. У этих чёрных дыр размер – километр. А есть сверхмассивные чёрные дыры. У них размеры – как расстояние между планетами, в астрономические единицы. И для их регистрации детектор будет запущен в космос. И запущен он будет, скорее всего, в 2034 году.

Андрей БЫЧКОВ:

Нескоро!

Сергей ПОПОВ:

Нужно будет, чтобы он ещё несколько лет поработал. И поэтому, чтобы дожить, нужно бросить курить, перестать есть чипсы с майонезом и т.д.

Андрей БЫЧКОВ:

Заняться здоровым образом жизни? К чему мы вас тоже призываем. Хорошо, какой-то ещё был вопрос про гравитационные волны.

Вера ГРИБАНОВА:

У нас уже пошли вопросы с сайта и в sms. Мы видим вопросы, которые касаются тем, оговоренных в начале передачи: это чёрные дыры, нейтронные звёзды.

Андрей БЫЧКОВ:

Про фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар» очень интересно!

Вера ГРИБАНОВА:

Сергей, я вообще фанат этого фильма. Я его смотрела несколько раз, мне интересно было. Я хочу спросить ваше личное мнение: насколько то, что описали в киноленте, схоже с реальностью? Как-то это можно сопоставить? Или нам всё-таки немного наврали?

Сергей ПОПОВ:

Фильм можно сопоставить с нашим опросом, я бы сказал. Самое хорошее в фильме – это книга. Существует книга «Наука Интерстеллара». Она и на русском языке вышла после премьеры фильма. А так это книга на английском (на котором она и писалась). Я бы сказал так: независимо от того, что показано в фильме, если 1 % посмотревших пошёл и купил эту книгу, и из них, в свою очередь, 1 % дочитал её до конца, это фантастический успех. Поскольку если это так, то это очень хороший, правильный способ популяризации науки.

Андрей БЫЧКОВ:

Фильм посмотрели очень многие, поэтому даже 1 % - это колоссальная величина!

Сергей ПОПОВ:

В этом-то и дело! Если там 1 % от зрителей нашего фильма с Димой Завильгельским «В ожидании волн и частиц» пойдёт и купит книгу, это будет 300 человек. А 1 % из зрителей голливудского блокбастера – это будет 300 млн. Тем не менее, конечно, это был компромисс. И я ещё раз призываю всех почитать книгу, потому что там очень детально описаны все компромиссы между Кипом Торном и Кристофером Ноланом. Было предложение от Торна, автора концепции и одного из авторов идеи проекта LIGO, кстати сказать… вы его могли видеть на этой пресс-конференции, у него очень колоритная внешность. Так вот, были предложения от учёных и результаты расчётов, всё для трёхмерного моделирования. Если кому интересно сделать следующий шаг – есть две замечательные статьи, где очень детально описаны расчёты для «червоточины» и чёрных дыр.

Андрей БЫЧКОВ:

Расскажите, как найти эти статьи?

Сергей ПОПОВ:

Самое простое – это гуглить на имя «Кип Торн» (Kip Stephen Thorne). Статьи доступны на сайте https://arxiv.org/ - это крупнейший свободный депозитарий научных публикаций. К слову сказать, у меня есть проект обзора этого архива. Если найти там лучшие статьи за 2015 год, эти две там непосредственно упомянуты. Так будет проще найти и в будущем не пропускать. Дальше предложения учёных упирались в то, как Нолан видит картинку. И многие вещи, которые можно было подсчитать точнее, были показаны не так из соображений художественной целесообразности.

Андрей БЫЧКОВ:

Вадим, слушатель, пишет сообщение на сайт: «Неужели чёрные дыры выглядят так же, как в Interstellar? Сомнительно!» - и ставит смайлики.

Сергей ПОПОВ:

Почти что так. В каких-то отношениях – в точности так, потому как это действительно были детальные расчёты. Например, все эти аккреционные диски вокруг выглядят не такими симметричными, как показано в фильме. Их показали таковыми для красоты. Асимметрия возникает из-за того, что одна часть диска движется к нам, а другая от нас. И за счёт всем хорошо известного эффекта Доплера (хотя бы по костюму Шелдона Купера) одна часть диска кажется ярче, другая слабее. Фигурально выражаясь, если мы подлетим и потрогаем пальцем – они одинаковые. И за действиями режиссёра, кроме художественной целесообразности, стоит такая глубинная правда – диск слева и справа правда одинаковый. Но если вы подлетите и просто посмотрите, то вы увидите, что одна часть ярче, а другая слабее (одна краснее, другая синее). Есть какие-то такие штучки, которые были сделаны для более красивой картинки. И потом, есть вторая вещь – опять же, в книжке это всё очень детально расписано. Плохо зрителя путать! Не надо массового зрителя перегружать информацией. Всё, что угодно, переполняется.

Вера ГРИБАНОВА:

Так! А в чём они перегрузили?

Сергей ПОПОВ:

Просто если вам показывать очень много мелких деталей для всего, это заставляет мозг работать не на тех оборотах и снижает восприятие сюжетной линии, всей канвы, путает, сбивает. И вообще, можно поперхнуться поп-корном.

Андрей БЫЧКОВ:

Вот, кстати, один из слушателей нас возвращает к эксперименту о регистрации гравитационных волн. Конечно, интересный вопрос – я хотел бы его и сам спросить. Не под таким углом, но прочитаю вопрос слушателя: «Какие есть гипотезы о другой причине колебания этих зеркал»? Т.е. люди сомневаются.

Сергей ПОПОВ:

Тут важно… Я даже не знаю, как кратко сказать, кроме как дать честное слово. Попробую сделать сообщение средней краткости. Были проделаны совершенно колоссальные усилия по оценке любых шумов, случайных событий, чего угодно. Т.е. мы уверены, что это никакой не шум. Два детектора дали одинаковый сигнал, и это страшно важно. Действительно что-то пришло из космоса, а дальше у нас нет никаких разумных идей, что бы это могло быть. Что называется – даже если это инопланетяне, то они послали гравитационную волну. Результат не меняется.

Андрей БЫЧКОВ:

Это всё равно гравитационная волна?

Сергей ПОПОВ:

Да. Была проделана огромная работа. Люди не зря 5 месяцев обрабатывали эти данные, прежде чем о них заявить.

Андрей БЫЧКОВ:

Хорошо. Сергей предлагает нам считать, что это никакая не ошибка, не случайность, а на самом деле качественно и правильно поставленный эксперимент. Напомню: у нас в гостях Сергей Попов, российский учёный-астрофизик. Мы сегодня говорим об астрофизике и её интересных приложениях.



Вера ГРИБАНОВА:

Добрый день ещё раз! Для тех, кто к нам только что присоединился – в эфире программа «Учёный свет». В студии я, Вера Грибанова, и автор передачи Андрей Бычков. В гостях у нас сегодня Сергей Попов, известный российский учёный, астрофизик, популяризатор науки, доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга. И у нас очень много вопросов, которые приходят на портал и sms-сообщениями.

Андрей БЫЧКОВ:

И даже много звонков.

Вера ГРИБАНОВА:

Вот что мы хотим спросить в первую очередь, по поводу чёрных дыр, Сергей. Что это такое – с точки зрения современной астрофизики? Как это явление можно описать?

Сергей ПОПОВ:

Это очень хороший вопрос. «С точки зрения астрофизики», мне кажется, стоит говорить о том, что чёрные дыры существуют. В том смысле, что у нас есть реальные астрофизические объекты, которые во всех наблюдениях – очень детальных и прямых, не показывают никаких следов поверхности. Т.е. это сильно сколлапсировавшие объекты, у которых, по крайней мере (повторюсь), в астрофизических наблюдениях поверхность не проявляется. Совершенно другой вопрос – это как они в деталях устроены, что там происходит вблизи горизонта, что в середине, сингулярность там или не сингулярность. Он отдельный и сложный. Люди с ним очень долго будут разбираться, потому что изучать чёрные дыры затруднительно. Однако с астрофизической точки зрения мы имеем дело именно с такими объектами, которые страшно похожи на чёрные дыры общей теории относительности. Подчеркну: никто не думает, что общая теория относительности стопроцентно верна внутри чёрных дыр. Может быть, верна, а может быть, и неверна. У нас нет об этом прямых данных. Скажем, новые данные о первом слиянии (а это было именно слияние чёрных дыр, довольно массивных для тех, которые образуются из звёзд) подтверждают – эти наблюдения ещё раз показали, что чёрные дыры очень похожи на те чёрные дыры, о которых мы читаем в научно-популярных книжках. При этом важно понимать, что физики, конечно, читают не научно-популярные книжки. Они непрерывно спорят о деталях природы чёрных дыр. С некоторых пор заголовки разнятся. Сегодня появляются: «Учёные доказали, что чёрных дыр нет», завтра появляются: «Учёные доказали, что чёрные дыры есть». Нужно оставить это и как-то их переформулировать.

Андрей БЫЧКОВ:

Как бы вы их переформулировали?

Сергей ПОПОВ:

В духе: «У учёных появились новые идеи о природе чёрных дыр» - как-то так, но не о том, существуют чёрные дыры или нет.

Вера ГРИБАНОВА:

Сергей, вы сказали, что было определено – это именно сигнал о слиянии двух чёрных дыр. А до этого мы говорили о том, что это может быть сигнал о слиянии нейтронных звёзд. Как определили, что речь идёт именно о чёрных дырах?

Сергей ПОПОВ:

По частоте сигнала вы можете определить характерные масштабы происходящего процесса. Нейтронные звёзды имеют размер 10-15 километров. При слиянии мы говорим о таких размерах. Грубо говоря, чтобы определить частоту, вам нужно вот этот размер разделить на скорость света и перевернуть. Ну хорошо, разделив скорость света на этот размер, вы получите частоту. Чем большие тела участвуют во взаимодействии, тем ниже частота. В данном случае, частота соответствует размерам тел в сотни километров. И тогда мы можем сразу оценить массы. Тела оказываются тяжёлыми. Нейтронные звёзды такими не бывают. Значит, это чёрные дыры – из наблюдений непосредственно следует, что масса у них в 30-35 масс Солнца.

Андрей БЫЧКОВ:

Понятно, хорошо. У нас много звонков. Давайте я попрошу вас, Сергей, одеть наушники. Мы вас слушаем, алло!

Добрый день! Меня зовут Елена. Вы знаете, на самом деле, я думаю, что есть искажение пространства и времени. И поэтому мы считаем, что Марс маленький. На самом деле, не может маленькое тело держаться за большой Землёй. Это первое, что я хотела сказать. Там есть много вопросов, но это неважно.

Елена, а какой у вас вопрос к нам? Вы до нас дозвонились…

Вопрос такой: может быть, Марс всё-таки больше Земли?

Вера ГРИБАНОВА:

Спасибо за вопрос!

Андрей БЫЧКОВ:

Давайте на него ответим.

Сергей ПОПОВ:

Не может. С Марсом всё-таки немного проще. Вокруг него летают спутники. По нему ездят марсоходики. И про тела в пределах досягаемости, повторюсь, это уже даже не астрономия. Как сказал Шелдон Купер: «Это грязекопание какое-то!». Действительно, там находится марсоход – и не один, копается там, анализирует всю марсологию.

Андрей БЫЧКОВ:

Т.е. есть чёткие, однозначные данные, которые практически можно потрогать руками. Фотографии, параметры и прочее?

Сергей ПОПОВ:

Да. Кроме того, важно понимать, что люди ищут реально очень тонкие эффекты. Они не ради блажи какой-то 25 лет строили LIGO. Работали другие детекторы, на которых ничего не получалось. Поэтому каких-то глобальных революций в том, что попадает в уже хорошо исследованную область, как мне кажется, быть уже не может. Глобальные революции должны быть связаны с повышением точности измерений, с выходом на какие-то новые энергии, масштабы и т.д. Здесь всё слишком хорошо понятно.

Андрей БЫЧКОВ:

Сергей, я хотел обратиться к нашим слушателям. Всё-таки мы сегодня говорим не о Марсе, не о планетарных явлениях. Есть много очень интересных вопросов с астрономией и астрофизикой. Но мы сегодня выбрали конкретные темы. Это открытие гравитационных волн. Это чёрные дыры, нейтронные звёзды. Свои вопросы вы можете отправлять на номер 8 (495) 888-89-48, также можете писать через сайт. Или если вы нам всё же звоните, вопросы должны быть посвящены нашей заявленной теме. Здравствуйте, вы в эфире! Сергей, пожалуйста, наденьте наушники.

Здравствуйте! Юрий, Москва. Скажите, пожалуйста – я слышал такую вещь насчёт гравитации, что у неё скорость выше идёт, чем у той материи, которая движется. К примеру, у света, ещё у чего-то. И она идёт впереди. Подскажите, были такие исследования или нет?

Сергей ПОПОВ:

Очень хороший вопрос! Действительно, в принципе, скорость распространения гравитации (гравитационных волн, если хотите) не обязана быть равна скорости света. В общей теории относительности они строго равны. Люди давно это пытаются проверить и обсудить. Сейчас мы знаем, что скорость гравитации не может быть сильно меньше скорости света. «Сильно» - речь идёт об одной миллиардной, какой-нибудь очень маленькой доле. Снизу она фантастически близка. Сверху немножко хуже. Новые наблюдения говорят о том, что гравитация не может распространяться быстрее, чем примерно 1,7 скорости света (не может быть быстрее на 70 %). Однако, как только мы увидим одновременно всплеск гравитационных волн и гамма-всплеск, что происходит при слиянии нейтронных звёзд, но не всегда и то, и то попадает к нам – мы непосредственно сможем сравнить. И вот это очень важно, поскольку действительно есть всякие альтернативные теории, где скорость немножко больше или немножко меньше. Она может быть меньше, если гравитон (частица – переносчик гравитационного взаимодействия) массивный. Новые данные ставят самое сильное ограничение на массу гравитона. В общей теории относительности он – без массы. Сверху сложнее, повторюсь. Но как только будут такие данные, видимо, речь идёт о ближайших двух-трёх годах максимум, это может произойти. Процесс вероятностный, подобное может случиться и прямо сейчас – где-то что-то слилось, мы попали в луч гамма-всплеска (или нет). Тогда у нас появится очень точное ограничение. Я думаю, что если у людей спрашивать, то люди думают, что скорость будет фантастически близка к скорости света. Скорее всего, новые данные дадут лучшее ограничение на отличие скорости гравитации от скорости электромагнитных волн.

Андрей БЫЧКОВ:

Слушатель № 11 спрашивает: «Спрогнозируйте следующее фундаментальное открытие в этой же области!».

Сергей ПОПОВ:

Да, хороший вопрос! Теперь тяжело. Открытие гравитационных волн было с той же степенью запланировано, что и открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере. И там могла только какая-то авария помешать. Я, помнится, спорил с коллегой о том, что бозон Хиггса откроют в ближайшие несколько лет. А было это до первой аварии – у них было 2 аварии на коллайдере, если вы помните. Всё это в итоге отложилось, но бозон так и нашли. С LIGO, к счастью, никаких катастроф не было. Они двигались примерно по заранее утверждённому плану. Они планировали в 2015 году открыть первое слияние – так и произошло. Это очень здорово. Следующее запланировано? Мне трудно сказать. Но внезапно какой-то из экспериментов, например, по изучению частиц тёмного вещества может детектировать эти самые частицы. Это будет, на мой взгляд, более фундаментально даже, чем бозон Хиггса и гравитационные волны. Что ещё может произойти такого фундаментального? Вдруг люди могут открыть вспышку, связанную с последним моментом испарения чёрной дыры. Это тоже будет фантастически важно. Вот это очень много скажет нам о природе чёрных дыр. Наверное, больше, чем изучение гравитационных волн.

Вера ГРИБАНОВА:

Сергей, вы сказали «испарение чёрной дыры» - это применимо к теории Хокинга? Расскажите подробнее об этом.

Сергей ПОПОВ:

На самом деле, это довольно трудно рассказывать. Мне так кажется, в некоторый момент я осознал – мне объяснили, что большая часть популярных изложений этого процесса всё-таки неправильная. И первая попытка изложить это более-менее адекватно, которая мне известна – это маленькая брошюра Эмиля Ахмедова, который популярные лекции тоже читает, где он пытается к этому подвести. Это действительно довольно нетривиальная вещь. Пока не выработан язык для того, чтобы быстро, без картинок, без писания чего-то на доске объяснить. Чёрные дыры могут испаряться. Это связан с тем, что меняющийся горизонт чёрной дыры приводит к рождению частиц из вакуума. Для того, чтобы эти виртуальные частицы сделать реальными, надо затратить энергию. У чёрной дыры единственный источник энергии – это её масса. Расходуя данный источник, чёрная дыра уменьшается. А процесс самоподдерживающийся. Чем меньше она становится, тем быстрее она испаряется. Потому что горизонт становится более кривым. И в итоге последняя стадия испарения чёрной дыры – это такая вспышка. Косвенно она аукнулась, отдалась на всех нас. Потому что человек, который внёс ключевой вклад в разработку технологии Wi-Fi – это радиоастроном, отчасти мотивированный тем, что он хотел открыть испаряющиеся чёрные дыры.

Андрей БЫЧКОВ:

Как интересно!

Вера ГРИБАНОВА:

Спасибо ему!

Сергей ПОПОВ:

Это привело его – ну, тоже интересная история. Открытие испаряющихся чёрных дыр мы не можем предсказать. Мы не знаем, испаряются они или нет. Также мы не знаем, когда и как близко произойдёт вспышка, когда они испаряются, но это было бы очень здорово.

Вера ГРИБАНОВА:

Может быть, всё-таки зарегистрируют вскоре? Был вопрос про открытие.

Андрей БЫЧКОВ:

Может быть. Получается, в таком случае, все чёрные дыры когда-нибудь испарятся, если всё правильно изложено?

Сергей ПОПОВ:

Тут есть много всяких тонкостей. Во-первых, большие чёрные дыры испаряются очень медленно. Во-вторых, в них много чего попадает. В том числе, и случайно. Наша Вселенная заполнена реликтовым излучением, всякими частицами, которые летают во все стороны и попадают в чёрные дыры просто потому, что те оказываются на их пути. Поэтому сейчас, если мы возьмём большую чёрную дыру и поместим её в вакуум – т.е. даже частиц никаких не будет летать, то из-за реликтового вещества она будет расти по массе. Только в каком-то там невообразимом будущем Вселенной, если она не начнёт схлопываться обратно, реликтовое излучение остынет в некотором смысле, и чёрные дыры действительно начнут испаряться. Но это фантастически долгий процесс. Если вы прогнозируете, строите планы на далёкое будущее, вкладывайтесь в чёрные дыры!

Вера ГРИБАНОВА:

Сергей, простите, а реликтовое излучение – это о чём мы сейчас говорим?

Сергей ПОПОВ:

Это Большой взрыв. Мы уверены в том, что наша Вселенная расширяется. Также мы уверены в том, что она родилась горячей и плотной.

Андрей БЫЧКОВ:

Вы сразу сейчас ответили на 10 вопросов, которые пришли с сайта и по sms.

Сергей ПОПОВ:

Замечательно! Вселенная имеет конечный возраст. Она расширяется. Из этой горячей и плотной фазы осталось реликтовое излучение, которое все видели, поскольку если у вас телевизор с антенной работает на пустом канале, и оттуда идёт фон – смесь белого и чёрного…

Андрей БЫЧКОВ:

Это и есть реликтовое излучение?

Сергей ПОПОВ:

Не 100 %, но где-нибудь 10 % - я сейчас точную цифру не скажу, это зависит от того, куда вы настроены. Итак, приблизительно 10 % - это реликтовое излучение. У него максимум как раз находится в сантиметровых длинах волн. Вся Вселенная им заполнена. Изучая это излучение, люди очень много чего узнают о молодости нашей Вселенной.

Андрей БЫЧКОВ:

Хорошо. Давайте ещё пару вопросов от слушателей. Только очень прошу вас звонить и задавать вопросы по теме. Здравствуйте!

Здравствуйте! Сергей Борисович, скажите, пожалуйста – вы уже частично ответили про научное и последующее практическое применение этого открытия гравитонов. Не считаете ли вы, что такой очевидный факт, когда теория близкодействия и дальнодействия, которая была известна ещё в Средние века – такая вещь, как гравитационные волны, были так поздно открыты, и такой простой эксперимент… не связано ли это с тем, что просто-напросто данная программа была какое-то время закрыта, и только сейчас ей было уделено внимание? И то, что вы говорите про частицы тёмной энергии – не связано ли это с предположениями Теслы, который также повлиял на сотовую и Wi-Fi связь?

Спасибо! Как к вам можно обращаться? Нет, слушательница уже ушла. Сергей, пожалуйста, ответьте.

Сергей ПОПОВ:

Там несколько вопросов. Давайте попробуем по ним быстренько пройтись. Итак, проект LIGO – это огромная международная коллаборация, где есть люди из США, России, Австралии, Германии, откуда бы то ни было. Там больше тысячи человек. Это открытый проект, который непрерывно публиковал промежуточные результаты, техническую информацию, информацию о тестах. Поэтому с данной точки зрени
Анастасия Тмур
Теги:

Читать еще на Чердаке: