Знай наших! Итоги года. Гравитационные волны

Какие темы интересовали пользователей интернета в ушедшем году? В 2016-м в топ самых популярных запросов, опубликованных «Яндексом», впервые попали запросы научной тематики. Седьмое место в разделе «Премьера» заняли гравитационные волны, поэтому в новом выпуске «Знай наших» мы постараемся вспомнить, что же это такое.

Всем привет! С вами Анна Шустикова и рубрика «Знай наших».

Помните, в прошлый раз мы говорили об исследовании, проведенном «Яндексом» на основе наших с вами запросов? Так вот, сегодня мы снова обратимся к статистике поисковых запросов, чтобы с их помощью подвести итоги ушедшего года.

А все дело в том, что недавно «Яндекс» опубликовал список самых популярных запросов 2016-го: среди них можно найти «Игру престолов», олимпиаду в Рио, выборы. Однако к нашему удивлению и конечно же к счастью, впервые в раздел «Премьера» наряду с новыми моделями телефонов попали запросы научной тематики. Седьмое место по популярности заняли гравитационные волны, а десятое — рельсотрон. Поэтому сегодняшний выпуск мы посвятим гравитации, а уже после Нового года поговорим о супер-пушке, разгоняющей снаряды до невероятно высоких скоростей. Ну что ж, поехали!

Главное научное открытие года! Эксперимент, подтвердивший общую теорию относительности! Ученые впервые поймали гравитационные волны, предсказанные Эйнштейном еще 100 лет назад. Наверное, эти громкие новости не обошли вас стороной. Однако с 11 февраля, когда было объявлено о первой в истории регистрации гравитационных волн, прошло уже немало времени, и я на всякий случай немного напомню, что же это такое.

Согласно общей теории относительности время и пространство существуют не независимо друг от друга — напротив, они тесно связаны, образуя как бы единую ткань. Кстати, сравнение с тканью очень даже уместно, ведь если поместить в пространство-время какой-то тяжелый объект — арбуз, планету или черную дыру, то натянутая ткань под ним прогнется, а если к тому же начать двигать этот предмет с переменным ускорением, то по ткани побежит рябь. Это и есть гравитационные волны.

Такие колебания пространства-времени и были зарегистрировали приборами коллаборации LIGO в сентябре 2015 года. Представьте: давным-давно, на расстоянии более миллиарда световых лет от Земли столкнулись две черные дыры массами где-то в тридцать солнц. Столкновение — внимание! — длилось только 20 миллисекунд, а амплитуда колебаний составила всего 10—19 м. Чтобы понять, насколько это мало, мысленно сравните апельсин и Землю. Так вот, амплитуда зарегистрированных колебаний во столько же раз меньше размера атома, во сколько апельсин меньше Земли.

Разумеется, уловить такое небольшое изменение расстояний было очень непросто. Для этого ученым пришлось использовать схему, подобную интерферометру, когда свет от одного и того же лазера делится, отражается от зеркал, возвращается и складывается на датчике. Однако в данном случае, во-первых, интерферометр пришлось сделать очень большим: длина одного плеча составляла около 4 км, а во-вторых, учесть все возможные возмущения, которые могут повлиять на систему, будь то электрические заряды на зеркалах или грузовик, проехавший вдалеке по шоссе. Кроме того, в эксперименте использовались данные не от одной, а сразу от двух установок, удаленных друг от друга на 3000 км.

Над их созданием десятилетиями трудились ученые из разных стран. В том числе участвуют в коллаборации LIGO и научные группы из России. Особенно отмечает вклад наших соотечественников Кип Торн, один из инициаторов проекта по поиску гравитационных волн, знакомый вам, быть может, как научный консультант фильма «Интерстеллар». По его словам, искать гравитационные волны именно от столкновения черных дыр предложил не кто иной, как советский, а затем уже российский физик Владимир Брагинский, который ушел из жизни как раз в 2016 году.

Разумеется, ученые не остановились на том, что однажды зарегистрировали гравитационные волны. Летом стало известно еще об одном случае, а незадолго до Нового года выяснилось, что результаты LIGO могут не только подтвердить теорию Эйнштейна, но и внести поправки в нее. Например, физики уже давно мечтают об объединении двух теорий — теории гравитации и квантовой теории поля. По отдельности они хорошо описаны и подтверждаются экспериментами. Но, чтобы их объединить, необходимо посмотреть, что происходит при очень сильных гравитационных полях — например, при таких, которые образуются при столкновении черных дыр. В таких условиях две теории дают противоречивые результаты. Например, исходя из квантовой теории поля, можно доказать, что вокруг черных дыр должен существовать очень тонкий слой высокоэнергетических частиц, которые уничтожают все, что попадает в черную дыру. Однако при этом его существование противоречит теории относительности Эйнштейна. И вот недавно группа ученых из Канады и Ирана обнаружила в данных LIGO следы наличия такого слоя частиц. Данные эти пока что нуждаются в дополнительной проверке, но вполне возможно, что гравитационные волны действительно помогут в объединении теорий. Так что, я думаю, в ближайшие годы гравитационные волны еще не раз станут героями новостей.

На сегодня на этом все! Но мы не прощаемся, ведь впереди нам предстоит разобраться с еще одним героем поисковых запросов, рельсотроном.

Читать еще на Чердаке: