Открытие гравитационных волн в очередной раз подтверждает и углубляет теорию относительности, а также открывает путь к давней мечте физиков — созданию теории квантовой гравитации.

Гравитационные волны, об открытии которых объявили сегодня участники международного проекта LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), помогут ученым исследовать Вселенную с помощью нового инструмента, заявил в четверг один из участников проекта, руководитель группы «Когерентная микрооптика и радиофотоника» Российского квантового центра (РКЦ) Михаил Городецкий.

«Мы открываем новую эру — эру гравитационно-волновой астрономии. Это можно сравнить с появлением телескопа или радиоастрономии. У нас появился новый инструмент для исследования Вселенной», — привели его слова в РКЦ.

Открытие гравитационных волн в очередной раз подтверждает и углубляет теорию относительности, а также открывает путь к давней мечте физиков — созданию теории квантовой гравитации и, возможно, даже теории великого объединения, описывающей все виды физического взаимодействия в единых терминах и уравнениях.

«Рябь» пространства-времени

Гравитационные волны — это колебания ткани пространства- времени, которые разбегаются от массивных объектов, движущихся с переменным ускорением. Это явление было предсказано Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности почти сто лет назад. Сегодня участники проекта LIGO официально объявили об открытии гравитационных волн на пресс-конференциях, одновременно прошедших в Вашингтоне, Москве и других городах.

До сих пор все экспериментальные попытки их обнаружения заканчивались провалом. Дело в том, что даже сильная гравитационная волна на Земле вызовет только крохотные изменения: объекты, удаленные друг от друга на расстояние метра будут как бы колебаться на волнах пространства- времени и становиться то ближе, то дальше друг от друга на минимальные расстояния. Именно поэтому ученые рассчитывали обнаружить гравитационные волны только от очень тяжелых объектов вроде сталкивающихся галактик, вращающихся черных дыр или двойных звездных систем.

LIGO

В коллаборации LIGO используются наземные гравитационные телескопы — гигантские Г-образные антенны с длиной плеч по четыре километра. Внутри них в условиях высокого вакуума распространяются лазерные лучи, которые отражаются от подвешенных в противоположных концах антенн зеркал. Поскольку гравитационная волна периодически растягивала и сжимала плечи телескопа, лучи, шедшие по разным оптическим путям, фиксировались на выходе с небольшими задержками. Именно их в конечном счете и регистрировали экспериментаторы по возникающей при взаимодействии лучей характерной интерференционной картине.

Из этих данных ученые сделали вывод об отклонении на уровне 10 в минус 19 степени метра — сигнале, свидетельствующем о прохождении гравитационной волны, которую породила система из двух черных дыр на расстоянии около 50 миллионов световых лет от Земли.

В экспериментах активно участвовали научные группы под руководством члена-корреспондента РАН Владимира Брагинского (физический факультет МГУ) и члена-корреспондента РАН Александра Сергеева (Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород).

Они боролись с квантовыми эффектами, искажающими сигналы сверхчувствительных антенн и разрабатывали саму конструкцию телескопа. В частности, именно российские физики предложили подвешивать зеркала на кварцевых нитях вместо стальных, что снизило посторонние шумы в системе.

Ученые считают открытие гравитационных волн наглядным подкреплением выдвигавшихся ранее гипотез.

«Во-первых, это регистрация прямым методом, а во-вторых, — результаты совпали с теоретическими предсказаниями, — отметил профессор физического факультета МГУ Валерий Митрофанов. — Был шаблон, рассчитанный на основе законов квантовой физики. Сигнал регистрировался, только если он вписывался в этот шаблон. Так и произошло. Благодаря этому мы знаем, что это были именно черные дыры, и что они были массой в несколько десятков солнечных».

Результата удалось достичь прежде всего за счет предельно высокой точности метода.

«Это предельное достижение человеческой цивилизации», — говорит профессор МГУ Сергей Вятчанин. «LIGO почти достиг квантового предела измерений. Удалось зарегистрировать смещение двух макроскопических объектов массой в несколько килограммов и разнесенных на несколько километров с точностью, предрекаемой квантовой неопределенностью Гейзенберга»

Гравитационные волны были зарегистрированы 14 сентября 2015 года в 13.51 по московскому времени.