Происхождение Вселенной

[Поиск суперсимметричных частиц – это главная цель БАК в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Стандартная модель физики элементарных частиц будет окончательно сформирована, когда будет найден бозон Хиггса. Но у нее есть много проблем, которые будут разрешены, если обнаружится, что все известные элементарные частицы имеют более тяжелых «суперпартнеров». Наличие суперсимметрии подкрепило бы М-теорию, 11-мерную версию теории струн, которая на сегодняшний момент является наилучшей попыткой создать теорию всего, объединяющую гравитацию с другими силами природы.]

Представьте себе, что вы – молодой начинающий физик. Что бы вы стали изучать?

Я бы хотел иметь новую идею, которая открыла бы новое поле для исследований.

Глава 4 Гравитационные волны

Уже более века мы знаем, что на свете должны существовать гравитационные волны, но эта рябь в пространстве и времени была обнаружена только в 2016 году, когда лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) сумела зафиксировать характерные слабые растяжения и сжатия пространства-времени, вызванные движением массивных объектов.

Открытие гравитационных волн

Когда 11 февраля 2016 года физики объявили, что им впервые удалось зарегистрировать гравитационные волны, это вызвало сенсацию среди ученых во всем мире. Гравитационные волны помогут нам в исследовании фундаментальных физических законов, в изучении самых таинственных объектов во Вселенной и даже, возможно, прольют свет на самые ранние периоды ее жизни. Гравитационный сигнал был пойман 14 сентября 2015 года двумя обсерваториями LIGO в США, в Хэнфорде (штат Вашингтон) и в Ливингстоне (штат Луизиана) (рис. 4.1). Он возник в результате того, что две черные дыры, вращаясь друг вокруг друга, все более и более сближались и в конце концов слились в одну. Частота гравитационных волн оказалась доступна для человеческого уха. Разрушительное столкновение звучит как шквалистый порыв ветра, а в ускоренном темпе – как щебетание.

Этот звук в точности совпадает с тем, что предсказывает общая теория относительности. Измеряя, как возрастают и падают частота волн и их громкость, физики смогли вычислить массы черных дыр, участвующих в процессе слияния: примерно 36 и 29 солнечных масс. Они также выяснили, что в результате слияния новая черная дыра оказалась легче суммарной массы двух прежних дыр на 3 солнечные массы. Вся недостающая энергия излучилась в виде гравитационных волн, что говорит нам о том, какой грохот стоял на месте происшествия. И, сравнивая этот грандиозный процесс со слабыми вибрациями, обнаруженными LIGO, вспомним о чудовищном расстоянии, отделяющем нас от этого события, – 1,3 миллиарда световых лет.

Благодаря этому открытию удалось наконец разрешить спорный вопрос о самом существовании двойных систем, состоящих из черных дыр. Такие темные объекты, как черные дыры, очень трудно обнаружить. Это удается сделать только в том случае, если какой-нибудь яркий объект, например звезда, вращается по орбите вокруг черной дыры.

Массы черных дыр, измеренные в первом событии слияния, озадачили астрономов. Существовало мнение, что черные дыры образуются при коллапсе ядер звезд-гигантов. А такие ядра должны приводить к формированию черных дыр с массами не более 20 солнечных масс.

Рис. 4.1. Великое открытие крошечного импульса: сигналы от гравитационных волн, пойманные обсерваториями LIGO в 2015 году. Серым обозначены данные из Хэнфорда, черным – из Ливингстона.

Второе слияние было зафиксировано в декабре 2015 года. Черные дыры, участвующие в этом процессе, оказались немного легче – примерно 14 и 7 солнечных масс, т. е. внутри диапазона масс, предсказанных для коллапса звезд.

Смертельная спираль