Юный техник, 2014 № 06

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ Гравитационные волны наконец обнаружены?

Сама по себе идея существования гравитационных волн восходит к работам Альберта Эйнштейна. Точнее, к созданной им ровно 100 лет назад, в 1914 году, общей теории относительности (ОТО).

Физики говорят, что общая теория относительности, или теория пространства и времени, объединившая эти два понятия, по существу, является еще и теорией гравитации, которая устанавливает связь тяготения с геометрией пространства-времени.

Геометрические свойства четырехмерного пространства-времени, как и обычного трехмерного пространства, целиком определяются находящейся в пространстве материей, которая создает гравитационное поле.

Влияние гравитации на геометрию проявляется в том, что она искривляет пространство-время. Отдаленно пространство можно представить себе как лист бумаги, который может быть плоским, но который легко изогнуть или даже измять.

Эйнштейн показал, что в поле тяготения пространство-время тоже обладает кривизной. Слабой кривизне соответствует обычная ньютоновская гравитация, управляющая Солнечной системой. Но в мощных гравитационных полях, создаваемых массивными космическими объектами, пространство-время искривлено очень сильно. А если такой объект еще совершает колебательное или вращательное движение, то кривизна со временем меняется. Распространение этих изменений (возмущений) в пространстве рождает «волны кривизны» — гравитационные волны.

Первоначальный толчок или импульс этим волнам должен был дать, по идее, Большой взрыв, произошедший, по мнению теоретиков, 13,7 млрд. лет тому назад. Однако, поскольку это было очень давно, то следы этого возмущения со временем стали проявлять себя очень слабо. Тем не менее, группа американских ученых, работающих в рамках проекта под названием BICEP2, использовала телескоп, установленный на Южном полюсе, для наблюдений небольшого участка неба. При этом они старались обнаружить остаточные следы расширения Вселенной, которое происходило в первый, ничтожно малый отрезок времени после Большого взрыва. За эти мгновения зародыш Вселенной вырос от нуля до размеров мячика для игры в пинг-понг.

И вот теперь участники проекта BICEP2 утверждают, что такой сигнал зафиксирован. Они называют его поляризацией Б-модус. Он имеет вид характерного смещения в пространственных свойствах реликтового излучения. Только гравитационные волны, которые распространялись во Вселенной, могли сгенерировать такой сигнал, утверждают ученые.

Американская обсерватория BICEP2 в Антарктиде

Современное электронное оборудование американской астрофизической обсерватории.

Гравитационная волна оставила характерный росчерк в поляризованном микроволновом фоне реликтового излучения.

«Обнаружение этого сигнала было одной из важнейших задач современной космологии. Мы приложили много усилий для ее решения. Южный полюс для наблюдений выбран потому, что это та точка Земли, где мы можем напрямую смотреть на космос и при этом почти не вращаться вместе с планетой. Здесь также почти нет паров воды и пыли, что создает идеальные условия для наблюдения за слабым микроволновым «эхом» Большого взрыва», — рассказал Джон Ковач из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра в Кембридже (США) на пресс-конференции, посвященной данному открытию.

Ковач и его коллеги объявили об обнаружении гравитационных волн после изучения многолетних данных, собранных двухметровым телескопом на Южном полюсе Земли. По словам ученых, их усилия окупились неожиданно быстро. Как пошутил один из выступавших на пресс-конференции, «мы искали иголку в стоге сена, а нашли целый лом». И все же исследователи потратили еще 3 года для проверки полученных данных наблюдений и результатов вычислений.

Теперь за оценку результатов, полученных американцами, возьмутся ученые других стран. Однако уже сейчас мало кто сомневается в том, что за такое открытие, если оно подтвердится, будет присуждена Нобелевская премия. «Это очевидное достижение, — заявил профессор Марк Камионковски из Университета Джонса-Хопкинса. — Я видел его научное обоснование и могу сказать, что доказательная база не вызывает сомнений. А сами ученые, участвующие в этом исследовании, имеют весьма высокую научную репутацию»…