Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной

Концепцию, легшую в основу конструкции LIGO, изложил в своей статье Райнер Вайсс в 1967 году. Чтобы «поохотиться» на гравитационные волны, ученые и инженеры придумали и внедрили множество технологических инноваций. Первое успешное наблюдение гравитационных волн произошло почти пятьдесят лет спустя. За свою работу над LIGO Райнер Вайсс[118] вместе с Кипом Торном и Барри Баришем в 2017 году получили Нобелевскую премию.

Чтобы понять, как LIGO обнаруживает гравитационные волны, представьте себе три объекта в вершинах большой (воображаемой) буквы L. Для простоты предположим, что они плавают в космосе. Когда волна проходит, само пространство искажается, так что расстояния между объектами меняются со временем. Найдя способ сравнивать длины плеч L, мы сможем попытаться обнаружить этот эффект и получим способ узнавать о приходе гравитационных волн.

Однако некоторые грубые расчеты дают неутешительные оценки величины эффекта. Относительное изменение длин должно составить 10^–21, или одну миллиардную одной триллионной. Большинству физиков казалось невозможным обнаружить такой мизерный эффект. Но Райнер Вайсс и его друзья предложили новые идеи.

В качестве опорных объектов экспериментаторы выбрали зеркала: поставили их далеко друг от друга[119], а затем заставили световые лучи по многу раз отражаться в каждом, что увеличило длину плеч интерферометра. Стандартный метод интерферометрии позволяет сравнивать длины световых путей с точностью до долей длины волны. В итоге крошечное отношение длины световой волны к многократно увеличенной длине плеча позволило обнаружить изменение длин величиной 10^–21. Этот трюк подарил нам детектор, чрезвычайно чувствительный к относительным движениям зеркал. Следующая задача — отделить движение, вызванное гравитационными волнами, от всех остальных вероятных эффектов.

Конечно, пришлось учитывать множество факторов. В проектных документах и отчетах о полученных результатах группы LIGO подробнейше описываются принятые меры предосторожности и выполненные проверки на непротиворечивость результатов. Упомяну только одну из самых серьезных проблем. Вибрации поверхности, на которой расположена экспериментальная установка, возникают из-за чего угодно — от слабых землетрясений до плохой погоды и проезжающих мимо грузовиков. Для подавления таких вибраций зеркала подвешены на четверные маятники и стабилизированы с помощью активной обратной связи. Это чудо инженерной мысли вывело решение проблемы амортизации ударов и шумоподавления на новый уровень.

С другой стороны, предсказано, что колебания, вызванные гравитационными волнами, должны обладать некоторыми особыми свойствами. Вот главное: они должны возбуждать в двух разделенных в пространстве детекторах идентичные, но смещенные по времени интерференционные картины, которые соответствуют возмущению, распространяющемуся со скоростью света. Если говорить подробнее, теория слияния черных дыр и нейтронных звезд предсказывает, как должны выглядеть колебания в зависимости от времени в случае, если они вызваны гравитационными волнами от этих источников.

Первое успешное обнаружение гравитационных волн произошло 18 сентября 2015 года. Это соответствовало предсказанию о вспышке излучения, которая должна была возникнуть при слиянии двух черных дыр с массой примерно в 20–30 раз больше, чем масса нашего Солнца. Эти дыры находились от нас на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет.

С тех пор зафиксировано еще около пятидесяти подобных событий. Особенно интересное случилось 17 августа 2017 года. Оно соответствовало предсказаниям о том, что должно происходить при слиянии двух нейтронных звезд. Астрономы наблюдали процесс в нескольких областях электромагнитного спектра, в том числе зарегистрировали всплеск гамма-излучения и долгоживущее послесвечение в видимой области. Это положило начало новому виду «многоканальной» астрономии и обещает расширить наше представление о природе странных далеких событий.

БУДУЩИЕ ВОСПРИЯТИЯ

Распределенная сенсория

…слушай: за углом
чертовски славный мир, ей-ей; идем[120].

Э. Э. Каммингс

Иллюзия «фантомной руки» — потрясающий опыт. Он состоит в том, что вы прячете свою правую руку за перегородкой, рядом с которой кладете фальшивую резиновую руку. На нее вы и смотрите. Ваш друг постукивает и поглаживает случайным образом вашу невидимую настоящую руку и синхронно — ее видимого резинового двойника. Через короткое время — обычно менее минуты — у вас возникнет ощущение, что поглаживания и постукивания чувствует больше резиновая, чем настоящая рука. Дайан Роджерс-Рамачандран и Вилейанур Рамачандран — пионеры в изучении этой и схожих иллюзий — обратили внимание на следующие глубокие следствия этой иллюзии: