Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса

LISA (Laser Interferometry Space Antenna – космическая лазерная антенна-интерферометр) представляет собой следующее поколение детекторов гравитационных волн. В отличие от LIGO, он будет базироваться в открытом космосе. Около 2010 года NASA совместно с ESA планирует запуск трех спутников, которые будут выведены на солнечную орбиту на расстоянии почти 50 млн км от Земли[41]. Три лазерных детектора образуют в космосе равносторонний треугольник (со стороной 5 млн км). Каждый спутник будет оснащен двумя лазерами, которые обеспечат непрерывный контакт с двумя другими спутниками. Хотя мощность испускаемых лазерами лучей будет составлять всего лишь 0,5 Вт, оптическое оборудование спутников настолько чувствительно, что оно сможет улавливать вибрации, исходящие от гравитационных волн, с точностью до 10–21 (что соответствует смещению на одну сотую размера одного атома). LISA должна уловить гравитационные волны от источников, находящихся на расстоянии до 9 млрд световых лет от нас, охватывая таким образом бо́льшую часть видимой Вселенной.

Антенна-интерферометр LISA будет настолько точна, что, возможно, зафиксирует первоначальные ударные волны самого Большого взрыва[42]. Это представит нам наиболее точную картину момента сотворения. Если все будет идти по плану, то LISA сможет заглянуть в первую триллионную долю секунды после Большого взрыва, что, вероятно, сделает ее самым мощным инструментом для космологических исследований{177}. Считается, что LISA сможет представить первые экспериментальные данные относительно точной природы единой теории поля – теории всего.

Одной из важных целей антенны-интерферометра LISA (или ее преемников) является представление неоспоримого доказательства – «дымящегося ружья» для теории инфляционного расширения Вселенной[43]. До сих пор теория инфляции вписывается во все космологические данные (плоскость, флуктуации в космическом фоне и т. д.). Но это не означает, что данная теория верна. Чтобы окончательно решить этот вопрос, ученые хотят изучить гравитационные волны, пущенные в самом процессе инфляционного расширения. «Отпечаток пальца» гравитационных волн, образовавшихся в момент Большого взрыва, должен показать разницу между теорией инфляционного расширения и любой другой конкурирующей теорией. Некоторые ученые, к примеру Кип Торн из Калифорнийского технологического института, считают, что LISA сможет установить, является ли правильной хотя бы одна из вариаций струнной теории. Как я уже объяснял в главе 7, согласно теории инфляционного расширения Вселенной гравитационные волны, возникающие в результате Большого взрыва, должны быть довольно интенсивными, чтобы соответствовать стремительному, экспоненциальному расширению молодой Вселенной; в то же время экпиротическая модель говорит о более медленном расширении, которое сопровождалось более плавными гравитационными волнами. Антенна-интерферометр LISA должна опровергнуть различные конкурирующие теории Большого взрыва, а также подвергнуть серьезному испытанию струнную теорию.

Линзы и кольца Эйнштейна

Еще одним мощным средством исследования космоса могут служить гравитационные линзы и кольца Эйнштейна. Уже в 1801 году берлинскому астроному Иоганну Георгу фон Зольднеру удалось вычислить возможное преломление звездного света солнечной гравитацией (хотя, поскольку Зольднер использовал исключительно законы ньютоновской механики, его результат был ошибочным. Эйнштейн отметил: «Половина этого преломления вызвана ньютоновским полем притяжения Солнца, а вторая половина – геометрической трансформацией [искривлением] пространства, вызываемой Солнцем»{178}).

В 1912 году, еще до окончания последней версии общей теории относительности, Эйнштейн задумывался о возможности использования этого преломления в качестве линзы, подобно тому как стекла ваших очков преломляют свет перед тем, как он достигнет ваших глаз. В 1936 году чешский инженер Руди Мандл написал Эйнштейну письмо, в котором спрашивал, может ли гравитационная линза преломлять свет, исходящий от близлежащей звезды. Ответ был утвердительным, но уловить такое преломление не представлялось возможным из-за несовершенства технологий того времени.

В частности, Эйнштейн понял, что мы бы увидели оптические иллюзии, такие как двойные изображения самого объекта или кольцеобразное искажение света. Свет из очень далекой галактики, проходя, к примеру, мимо нашего Солнца, миновал его бы слева и справа, прежде чем лучи соединились бы снова и достигли наших глаз. Когда мы вглядываемся в далекие галактики, то наблюдаем кольцеобразные картины, оптические иллюзии, вызванные действием, которое объясняет общая теория относительности. Эйнштейн сделал вывод, что было «немного надежды на прямое наблюдение этого явления»{179}. В сущности, он написал о том, что эта работа «не имеет большой ценности, но доставляет радость бедняге [Мандлу]».