Эйнштейн сам не верил в эти волны. Их поймали через 99 лет
В 1936 году Альберт Эйнштейн отправил в Physical Review статью с заголовком-вопросом: «Существуют ли гравитационные волны?». Ответ в первоначальной версии был обескураживающий: не существуют.
Автор общей теории относительности своими руками отменял одно из самых красивых её предсказаний — сделанное им же двадцатью годами раньше.
Отрицательный вариант до печати не дошёл: рецензент нашёл ошибку, Эйнштейн сначала разгневался, а потом всё-таки переписал работу.
А через 99 лет после его первой статьи о волнах два четырёхкилометровых прибора в американской глуши обнаружили странный микроскопический эффект.
«Волн не существует», — решил их автор.
В 1916 году Эйнштейн показал, что движение массивных тел может создавать рябь в пространстве-времени. Как у камешков, когда кидаешь их в воду.
Например, если две звезды вращаются друг вокруг друга, от системы должны расходиться гравитационные волны.
Через двадцать лет он вместе с Натаном Розеном снова занялся этой задачей и пришёл к противоположному выводу: гравитационных волн не существует.
На самом деле они приняли неудобство выбранной системы координат за физическую проблему. Рецензент журнала Physical Review указал на ошибку, но Эйнштейн обиделся, забрал статью и заявил, что больше не будет публиковаться в этом журнале. Со временем Эйнштейн все-таки сделал попытку вернуть гравитационные волны обратно в физику.
Волна или математический мираж.
Гравитационная волна — это не дрожь вещества внутри пространства. Она меняет само пространство: расстояние между свободными объектами в одном направлении чуть растёт, а в перпендикулярном — чуть уменьшается. Потом всё меняется местами.
Поэтому детектор гравитационных волн не ждёт, что волна толкнёт зеркало. Он измеряет, как меняется расстояние между зеркалами.
Оставался главный вопрос: переносит ли настоящая гравитационная волна энергию? В 1957 году Ричард Фейнман предложил простой мысленный опыт. Если надеть на стержень две свободные бусины, волна заставит их двигаться, трение нагреет стержень. Появилось тепло — значит, волна совершила работу и была физическим явлением, а не игрой уравнений.
Но поймать такую волну оказалось почти невозможно. Гравитация очень слаба: обычный магнитик на холодильнике побеждает притяжение всей Земли. Гравитационные волны проходят сквозь вещество почти беспрепятственно, поэтому их трудно зарегистрировать.
Первое убедительное подтверждение пришло косвенно. В 1974 году нашли двойной пульсар — две нейтронные звезды, которые вращались друг вокруг друга и постепенно сближались. Их орбита менялась ровно так, как предсказывала потеря энергии в виде гравитационных волн. К тому времени уже появилась идея более точного прибора: измерять крошечные изменения расстояний лазером.
Советские физики Михаил Герценштейн и Владислав Пустовойт предложили такой метод в 1962 году, а позже Райнер Вайсс превратил его в реальный инженерный проект.
Прибор, который слышит ворон.
LIGO - это проект по улавливанию гравитационных волн, состоит из двух обсерваторий в США, расположенных примерно в трёх тысячах километров друг от друга.
Каждая выглядит как огромная буква «Г» с двумя четырёхкилометровыми тоннелями. Лазерный луч делится надвое, проходит по обоим тоннелям, отражается от зеркал и возвращается назад. Если гравитационная волна чуть изменит длину одного плеча, прибор заметит разницу по свету. Чтобы увеличить точность, луч отражается между зеркалами сотни раз, а из труб почти полностью откачан воздух.
Но LIGO слышит не только космос. Ему мешают землетрясения, океанский прибой, дрожание атомов в зеркалах и даже птицы.
«Кто опять нас проверяет?»
В 2010 году LIGO уже ловил очень убедительный сигнал. Учёные почти полгода проверяли его, подготовили статью и собирались объявить об открытии. Но сигнал оказался учебной подделкой: небольшая группа специалистов тайно добавила его в данные, чтобы проверить работу всей команды.
Поэтому 14 сентября 2015 года, когда оба детектора снова заметили необычный короткий сигнал, первой мыслью было: «Кто опять нас проверяет?» Сначала его поймала обсерватория в Луизиане, а через 6,9 миллисекунды — в штате Вашингтон. Частота быстро выросла с 35 до 250 герц, поэтому сигнал прозвали коротким космическим свистом.
На этот раз учебных сигналов в системе не было. Учёные пять месяцев проверяли данные и лишь 11 февраля 2016 года объявили: LIGO впервые напрямую обнаружил гравитационные волны.
Гравитационные волны породили две чёрные дыры массой около 36 и 29 Солнц, которые столкнулись примерно 1,3 миллиарда лет назад и слились в одну гигантскую чёрную дыру.
Часть массы при слиянии потерялась - черная дыра получилась на три солнечные массы меньше арифметической суммы.
Эта утраченная масса на самом деле превратилась в энергию гравитационных волн — всего за две десятых секунды. Когда волна дошла до Земли, она изменила разницу между четырёхкилометровыми плечами LIGO примерно на 4 × 10⁻¹⁸ метра — в сотни раз меньше диаметра протона.
Эйнштейн сомневался, что такие волны вообще существуют, а инженеры научились измерять изменение пространства, которое почти невозможно представить.
Зачем человечеству гравитационные волны.
После первого сигнала в 2015 году стало ясно: человечество научилось наблюдать Вселенную новым способом. Раньше астрономы почти всегда ждали свет — видимый, радио, рентгеновский или гамма-излучение. Теперь мы можем замечать события, которые почти ничего не излучают и потому остаются невидимыми для обычных телескопов.
За это открытие Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бэриш получили Нобелевскую премию в 2017 году.
Гравитационные волны позволяют услышать столкновения чёрных дыр, увидеть которые напрямую невозможно. По форме сигнала учёные узнают их массы, скорость вращения и расстояние до них. Так выяснилось, что во Вселенной много тяжёлых чёрных дыр, существование которых прежние модели объясняли с трудом.
В 2017 году детекторы поймали слияние двух нейтронных звёзд. Почти одновременно телескопы увидели вспышку света. Это событие помогло подтвердить, что при таких столкновениях рождаются золото, платина и другие тяжёлые элементы. Часть золота в кольцах, часах и электронике когда-то могла появиться во время гибели двух нейтронных звёзд.
За десять лет редкое открытие превратилось в целый каталог космических катастроф.
Мы больше не только смотрим на Вселенную — мы начали слышать, как меняется само пространство.





























































