Александр Гордон - Диалоги (июнь 2003 г.)
Через 30 лет после публикации статьи Эйнштейна 18-го года, в 48-ом году, замечательный советский физик Вадим Александрович Фок первым сказал: «Ребята, есть большие массы – астрофизические». Он посчитал, что Юпитер излучает 400 ватт, правда, на очень длинных волнах.
Потом была пауза. Пауза длилась лет 10. Люди стали медленно и систематически рассматривать, какие источники, подаренные природой, можно обнаружить.
Много сделали российские физики, советские в то время. Но хороших моделей не было, пока не появилось открытие. Открыли нейтронные звёзды. Нейтронная звезда – это звезда, которая имеет массу немножко больше солнечной, но такая плотная, что она уместится в Садовом кольце, если можно будет сделать вокруг неё такой поясочек.
Если нейтронные звёзды могут приближаться друг к другу, сталкиваться, сливаться – это будет потрясающей силы источник. Вот это первая задача, которая возникла и стала более-менее ясно формулироваться в 70-х годах. Параллельно экспериментаторы фантазируют: как же решить такую проблему, найти тот вид излучения, который на бумаге уже давно существует.
Было ещё несколько этапов, я их опущу. С моей точки зрения, ключевым был этап, который связан с изобретением Мейманом лазера. Это мощный источник оптического излучения с очень узкой линией, её ухитрились ещё потом снизить, сузить весьма существенно, и получилось нечто замечательное. Теперь говорят, что лазерная физика – это, собственно, область физики, где лазеры применяются для самых разных надобностей. Сейчас ими (это отклонение от темы) научились ускорять элементарные частицы, используя не гигантские машины, а скромные установки на лабораторном столе. Получают сотни мегавольт на частичку. Это много. Будет больше.
Но я возвращаюсь к теме. В 62-м году, практически сразу после изобретения лазера… Можно первую картинку?
А.Г. Кстати, о лазере, он у вас в руках.
В.Б. Да, но я пользуюсь не таким хорошим, каким нужно.
Два хороших человека, хороших физика, Миша Герценштейн и Слава Пустовойт сказали: «Нужно взять две массы и из них сделать антенну». Почему? Из-за той же квадропольной природы слабо происходит излучение и слабо происходит взаимодействие. Нет плюсов и минусов, значит, только на неоднородности можно поймать, обнаружить прохождение гравитационной волны. А гравитационная волна – это не что иное, как поле неоднородных ускорений. Когда она через вас проходит – она через вас проходит, через Михаила Васильевича, – мы удлиняемся в одном направлении, съёживаемся в другом, а потом в следующий полупериод – наоборот.
Они сказали, что нужно использовать такую схему. Нежно подвесить два зеркала, лазер, сделать так, чтобы расстояние между зеркалами было таким, чтобы был резонанс целому числу полуволн, здесь поставить детектор. Это очень чувствительная игрушечка для измерения маленьких колебаний.
Потом примерно 6-7 лет была пауза. И, наконец, с 70-го года в научно-исследовательском технологическом институте и в университете города Глазго, где живут какое-то количество Гордонов, начались опыты в лабораторных условиях. Просто привыкали к зеркалам, привыкали к тому, что это не жёсткая конструкция, как обычно в оптике, а они нежно, деликатно подвешены. И вот три человека в 81-м году убедили Национальный фонд научных исследований выделить довольно приличные деньги на то, чтобы сделать прототип антенны, основанный на этом принципе. Это Рон Дривер, Рэй Уайс и Кип Торн. Кип Торн, кстати сказать, член нашей российской Академии Наук, почётный доктор МГУ. Очень хороший человек. Он – теоретик, да и остальные – экспериментаторы – не хуже.
Сделали прототип. Кстати, здесь уместно сказать, что люди, которые делали прототип, с моей точки зрения, – образец стопроцентной отдачи себя науке. Было потрачено, с 81-го года по 96-й, 15 лет и почти не было публикаций у десяти человек. Наконец, они сделали прототип, который начал измерять маленькие колебания. Насколько маленькие? Отношение дельта эль к эль (относительно изменения длины) примерно на уровне десять в минус девятнадцатой, при времени измерения в сотую секунды. Эти числа близки к тому, что нужно сделать. Но не совсем. Время примерно то же, потому что, скажем, от слияния нейтронных звёзд должен быть всплеск со средней частотой около ста герц. Но отношение дельта эль к эль, это растяжение и сжатие, должно быть меньше примерно в сто раз.
В этот момент, в 96-м году, тот же Национальный Фонд научных исследований США решил – пора вкладывать деньги в эту программу всерьёз, потому что опыт показал, что это, как говорят англичане, американцы, «doable»: это можно сделать. И вместо 40 метров сделали машину, которую сейчас мы посмотрим на следующем кадре, пожалуйста.
Вот модель процесса: две нейтронные звезды, попавшие на относительно близкое расстояние, такой у них был прицельный параметр, сливаются. Они выдают всплеск гравитационного излучения. Редкое событие, поэтому одной галактикой здесь не обойдёшься. В галактике это бывает редко. Есть споры – раз в десять тысяч лет или раз в сто тысяч лет. Значит, надо брать много галактик.
Поэтому расстояние, на которое надо рассчитывать – сто миллионов, может быть, для надёжности, 200 световых лет. Или 1026 сантиметра. А на земле расположить эту комбинацию из зеркал и лазера. Упрощённая схема, но больше ничего.
Естественно, сразу спрашивается, а что нужно? Нужно отношение дельта эль к эль, по крайней мере, десять в минус двадцать первой, лучше в минус двадцать второй. Этот проект носит название «ЛАЙГО». Срок жизни этого проекта, у него есть разные этапы, примерно 30 лет. Здание, аппаратура, основные конструкции построены из этого расчёта. Стоит он недорого, одну треть подводной лодки. Подводная ядерная лодка стоит 2 миллиарда долларов, а это – одну треть, и за 30 лет, а США производит 2 подводные лодки в год.
Можно следующий кадр?
Это вид с высоты примерно 50 метров, с вертолёта. Это главное здание. Здесь надземный туннель. Здесь зеркало, здесь набор зеркал. Конструкция уходит туда на 4 км, и там тоже кончается зданием, и там тоже в конце трубы висит нежно подвешенное зеркало.
А.Г. Вот у меня сразу возникает вопрос, простите, не могу от него отделаться, как «нежно подвешенное»? Как можно аннулировать шум?
В.Б. Я к этому подойду. Пожалуйста, следующий кадр. Это я – для масштаба, а вот это – труба.
А.Г. «Я – для масштаба»…
В.Б. Да. А это коллеги, которые ухаживают за конструкцией. Их две, таких антенны. Одна находится недалеко от Нового Орлеана, а вторая – недалеко от Сиэтла. Между ними 10 световых миллисекунд или 3000 км, так что можно работать в схеме совпадений. И даже, если удастся, различить фронт, направление на источник.
Пожалуйста, следующий кадр.
Вот опять же я – для масштаба. Вот броневая половинка туннеля, сделанная из бетона для того, чтобы трубу защитить. Вот это профессор Торн, зачинатель этого дела, значит, вон там профессор Вит Чайн. Кадры не очень ясные. Можно и меня, может быть, узнать. Это студент.
Дальше, пожалуйста.
Внутри большого здания много труб, там система несколько сложнее, чем то, что я описал, но основная сущность – два зеркала и ещё два зеркала, и больше ничего. Чаны есть. В чанах стоят шедевры антисейсмической изоляции, которые порядков на 11 глушат сейсмику, пролезающую, стремящуюся пролезть к зеркалу.
Пожалуйста, следующий кадр.
Если вы хотите подойти, вскрыть чан и заменить там что-нибудь внутри, вам придётся надеть такие вот халаты, «намордники» и перчатки. Пыль не должна проникать, потому что пылинка на зеркале – это плохо.
Пожалуйста, следующий кадр.
А.Г. А каков размер зеркал?
В.Б. Вот оно. Это доктор Елена Армандула держит зеркало в руках. А вот его маленькая модель, модель уменьшенных размеров, с которой мы много раз игрались. Она стоит всего лишь 200 долларов, и можно наиграться всласть, что мы и сделали, об этом я чуть позже расскажу. А вот это стоит 50 000 долларов, потому что оно покрыто двадцатью парами слоёв, которые очень хорошо отражают фотоны. Фотоны используют здесь многократно с тем, чтобы не слишком много энергии тратить и добраться до цифры дельта эль к эль десять в минус двадцать первой или в минус двадцать второй. Для этого нужно много раз использовать фотон, и начальная мощность должна быть большой. Это дешёвое зеркало, а это не очень. Это 200 долларов всего лишь стоит, а то – 50 тысяч. И покрытие ещё 30. Вот так.
Теперь, значит, как избавляться от шумов? Один момент я уже отметил.
А.Г. Чан.
В.Б. В чане антисейсмический изолятор. Набор плиток и пружинок, у которых частота ниже той, на которой мы работаем. Они просто давят, поглощают, утишают сейсмическую волну, которая в обычных условиях – это десять в минус четвертой, десять в минус пятой, если частоты повыше – десять в минус шестой сантиметра. Но не десять в минус шестнадцатой, которая нужна, чтобы было при 4 км от цифры десять в минус двадцать первой.
