Нобелевскую премию по физике дали за обнаружение гравитационных волн. В чем прорыв?

Ученые Райнер Вайсс, Барри Бариш и Кип Торн 3 октября получили Нобелевскую премию по физике — за обнаружение гравитационных волн детектором LIGO. Открытие произошло в сентябре 2015 года, официально об обнаружении гравитационных волн объявили в феврале 2016-го. Руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ, физик Александр Родин объяснил «Медузе», почему Нобелевскую премию дали именно за это открытие.

Что такое гравитационные волны?

Если представить себе наше пространство-время как сеть координат, то гравитационные волны — это возмущения, рябь, которая будет бежать по сетке, когда массивные тела (например, черные дыры) искажают пространство вокруг себя.

Это можно сравнить с землетрясением. Представьте, что вы живете в городе. В нем есть какие-то маркеры, которые создают городское пространство: дома, деревья и так далее. Они неподвижны. Когда где-то поблизости от города происходит крупное землетрясение, колебания доходят до нас — и колебаться начинают даже неподвижные дома и деревья. Вот эти колебания и являются гравитационными волнами; а объекты, которые колеблются, — это пространство и время.

Почему ученые так долго не могли зарегистрировать гравитационные волны?

Конкретные усилия по обнаружению гравитационных волн начались в послевоенный период с несколько наивных устройств, чувствительности которых, очевидно, не могло хватить для регистрации таких колебаний. Со временем стало понятно, что детекторы для поиска должны быть очень масштабные — и они должны использовать современную лазерную технику. Именно с развитием современных лазерных технологий появилась возможность контролировать геометрию, возмущения которой и являются гравитационной волной. Мощнейшее развитие технологий сыграло ключевую роль в этом открытии. Какими бы гениальными ни были ученые, еще 30–40 лет назад сделать это было технически просто невозможно.

Почему обнаружение волн так важно для физики?

Гравитационные волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном в общей теории относительности около ста лет назад. Все XX столетие находились физики, которые ставили под сомнение эту теорию, хотя появлялось все больше и больше подтверждений. И наличие гравитационных волн — это такое критическое подтверждение теории.

Кроме того, до регистрации гравитационных волн о том, как ведет себя гравитация, мы знали только на примере небесной механики, взаимодействия небесных тел. Но было понятно, что гравитационное поле имеет волны и пространство-время может деформироваться подобным образом. То, что мы до этого не видели гравитационных волн, было белым пятном в современной физике. Сейчас это белое пятно закрыто, положен еще один кирпич в основание современной физической теории. Это фундаментальнейшее открытие. Ничего сравнимого за последние годы не было.

Есть в регистрации гравитационных волн и практический момент. Наверное, после дальнейшего развития технологий можно будет говорить о гравитационной астрономии — о том, чтобы наблюдать следы наиболее высокоэнергичных событий во Вселенной. Но сейчас говорить об этом рано, речь идет только о самом факте регистрации волн, а не о выяснении характеристик объектов, которые генерируют эти волны.

Нет сомнений, что эта премия заслуженная. Но нужно отметить, что над этим результатом трудились тысячи специалистов, а премии удостоились наиболее публичные фигуры. В частности, теоретик Кип Торн. Конечно, он внес огромный вклад в развитие современной теории гравитации, но к самому эксперименту имел опосредованное отношение.

Отмечу, что без российских ученых этого открытия бы не было. Например, огромный вклад в развитие таких технологий внес покойный профессор МГУ Владимир Брагинский. Вместе со своей командой он десятилетиями развивал предельно точные измерения и участвовал в разработке проекта LIGO, который и позволил зарегистрировать гравитационные волны. Также значительный вклад в развитие этого проекта внесла группа нового главы РАН Александра Сергеева. Я думаю, российское научное сообщество можно с полным правом поздравить.