Гравицапу сцапают

Гравицапа, как известно, – это то, без чего пепелац может летать только на местных авиалиниях, а с гравицапой – в любую точку Вселенной. То, что прибор как-то связан с гравитацией, не вызывает сомнений. Новые космические эксперименты совсем скоро должны помочь нам найти те самые гравитационные волны, по которым будут мчаться земные «Пепелацы» и «Энтерпрайзы». Да и не только «Пепелацы»: Брюс Уиллис в «Пятом элементе» рассекал по Нью-Йорку в летающем гравитакси. Возможно, такие появятся в ближайшие десятилетия.

Текст: Игорь ЛАЛАЯНЦ

Предполагая существование гравитацион- ных волн, Эйнштейн не думал ни о проклад- ке космических трасс вблизи черных дыр, ни о возможности создания гравитацион- ного оружия. Сегодня ученые всерьез работают над тем, как хотя бы уловить эти самые волны все- мирного тяготения. Девятый вал и смерч торнадо – тоже волны, приводящие к образованию воронки. Подобную воронку формирует и единое пространс- тво-время под влиянием гигантской массы, напри- мер того же Солнца.

Орбитальная лиса.

Меньше чем через десять лет, ориентировочно в 2018 году, на орбиту будет выведена LISA – лазерная интерференционная космическая антенна, – с помощью которой ученые надеются наконец-то поймать волны гравитации. Наиболее мощные из них образуются при слиянии гигантских черных дыр с массой от 10 до 10 млн солнечных масс. Новый проект, раздвигающий рамки общей теории относительности (ОТО), называется Веyond Einstein, что можно перевести как «Опережая Эйнштейна», или «За пределами теории Эйнштейна». Теория великого ученого получила подтверждение, когда английский астроном Эддингтон (между прочим, член АН СССР с 1923 года) 90 лет назад наблюдал искривление луча света, проходящего рядом со звездой. Но Эйнштейн считал, что Вселенная стационарна, и не верил в ее расширение. Он пропустил и взрывы сверхновых, превращающихся в черные дыры, создающих гравитационные волны, существование которых ученый постулировал «в пику» Исааку Ньютону.

Сегодня в мире имеется чуть ли не десяток гравитационных детекторов, их ищущих: LIGO – Гравитационная обсерватория лазерного интерферометра, – состоящая из двух детекторов в Хэнфорде, штат Вашингтон, и третьего в луизианском Ливингстоне, что неподалеку от Нью-Орлеана, «Гео» в Ганновере, «Вирго» в галилеевской Пизе и так далее.

Детекторы эти пока маленькие и весьма слабые, их «руки»-антенны имеют небольшой размах, от 300 м до 4 км, что может позволить им «поймать» только очень мощную гравитационную волну. Даже с введением в строй в 2013 году «продвинутого» варианта LIGO его чувствительность повысится всего лишь в 10 раз, что все равно маловато.

Игра в кубики.

С помощью «модернизированного» гравископа ученые надеются ухватить хвост жар-птицы в виде гравитационной «ряби» – ripples, – которую можно сравнить с кругами, расходящимися по воде от брошенного в нее камешка. Но астрофизики давно поняли, что с LIGO и АIGО быка за рога не схватишь. Нынешние детекторы могут улавливать лишь слабый шорох и треск межгалактических «разрядов».

Теперь все надежды возлагаются на LISA. Размах ее «рук» будет гигантским, несколько миллионов километров, а сами детекторы не будут пассивно реагировать на действие гравитационных волн, как сегодня, а будут активно «настраиваться» на их источники (смотри схему на стр. 54). «Мишень» приемника будет представлять собой кубики со стороной 4 см из сплава золота и платины массой 4 кг. Поверхность кубика покроют сусальным золотом для лучшего отражения луча лазера, дальность действия которого вполне сравнима с рентгеновскими лазерами печально знаменитой «Звезды смерти» из «Звездных войн». Уже давно известно, что два сближающихся пульсара выбрасывают энергию в виде гравитационных волн. На них и будут направлены новые детекторы на орбите, удаленной на полтора миллиона километров от Земли, в результате чего они окажутся в так называемой точке Лагранжа, в которой влияние Земли и Солнца уравновешивает друг друга. Там кубики начнут свободно двигаться по орбите с нулевой гравитацией, что позволит им «игнорировать» притяжение нашей планеты и ее звезды. Компьютерное сравнение пути, проходимого лазерным лучом, позволит «увидеть» мощную волну с частотой около миллигерца, или 0,001 колебания в секунду (одна волна в 17 минут).

И слышен им не грохот космодрома.

LISA позволит понять, что происходило в глубинах космоса примерно миллиард лет назад (приблизительно с такого расстояния приходят сейчас к Земле гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света и доносящие до нас «раскаты» межгалактических событий). Мечта же ученых – приблизиться к точке порядка 500 млн лет с момента Большого взрыва, когда Вселенной в современном понимания этого слова с ее звездными скоплениями, галактиками и туманностями еще не было.

Был только нейтральный водород, поглощающий фотоны излучений самой разной энергии, что создавало лишь космический треск и шипение, с которыми рождались первые галактики. На фоне высокочастотного шипения раскаты низких «басовых» тонов расскажут нам о столкновениях гигантских галактик и массивных черных дыр массой от 10 до 10 млн Солнц, которые находятся в центрах этих самых галактик. «Поимка» и регистрация гравитационных волн позволят определить границы применения ОТО при энергиях, о масштабах которых Эйнштейн не мог и помыслить: «девятые валы» волн тяготения вызывают настолько мощное искривление пространства-времени, что его невозможно воспроизвести в земных условиях или наблюдать в нашем ближайшем космическом окружении.

Особенно интересен космический каннибализм, то есть поглощение небольших черных дыр более крупными, поскольку он имитирует собой состояние, близкое к Большому взрыву, который 13 с лишним миллиардов лет назад сгенерировал просто невообразимый гравитационный шок. Реальное «ощущение» гравитационных волн распахнет двери в новый смелый мир непредсказуемых эффектов вселенского масштаба. Понимание физической природы гравитации позволит раскрыть тайну эйнштейновского объединения пространства и времени, что, в свою очередь, приблизит к разгадке того, что же такое есть время. После этого настанет эпоха реальных разработок по созданию машин времени и гравитолетов для футуристического транспорта, использующего принцип левитации.

Близкое «знакомство» с гравитационными волнами и их физическими характеристиками позволит понять их природу. Это откроет пути к практическому использованию гравитации. Эрстед, Фарадей и Ом не могли себе и представить, что электричество можно запасать и накапливать в конденсаторах и аккумуляторах, без которых мы сегодня не можем представить себе жизнь. Сейчас трудно даже вообразить, какие гравитационные накопители могут быть созданы, но те же светлячки научились запасать днем солнечную энергию, чтобы использовать ее ночью. История изучения света показала, что его видимый спектр представляет собой лишь небольшое окошечко в гигантском спектре самых разных колебаний и фотонов разных энергий. Так, может, и гравитационные волны представляют собой что-то физически к ним близкое? А с электромагнитными излучениями человечество давно научилось управляться!

Что наша жизнь? Волна

Для того чтобы покататься на волнах, совсем не обязательно ехать на Таити. Мы окружены ими со всех сторон. И почти любые из них мы умеем производить и использовать. Кроме одной.

Дыра во времени
Научившись управлять гравитацией, мы сможем создавать теоретически предсказанные «кротовые норы», соединяющие друг с другом различные участки и регионы Вселенной. Это позволит путешествовать в ней, не теряя времени на преодоление гигантских расстояний.

Еще в 1988 году знаменитый физик, один из главных временных экспертов Кип Торн просчитал механизм, как при помощи «кротовых нор» можно путешествовать во времени, причем не только вперед, но и назад. Для этого надо разогнать один конец найденной (или созданной) «норы» до околосветовой скорости сначала в одну сторону, затем – в обратную, проскочить через нее и как можно быстрее, уже по обычному пространству, добраться до исходной точки. В этом случае путешественник создаст временную петлю, через которую прилетит в собственное прошлое. Российский математик член-корреспондент РАН Игорь Волович считает, что микроскопические «кротовые норы» могут быть созданы, например, на Большом адронном коллайдере. Правда, в прошлое через них пока смогут отправляться лишь элементарные частицы, но ведь, как говорят, лиха беда начало.

Здравствуй, оружие
Мы мирные люди и вслед за Эрнестом Хемингуэем хотим сказать «Прощай, оружие», только вот не получается никак. И научные достижения почти всегда сначала используются в военных целях. Так было с порохом, динамитом, ядерной энергией, компьютерами. Так может получиться и с генераторами гравитационных волн, если такие будут созданы. Овладение энергией ньютоновского тяготения позволит создать гравитационные «пушки», осуществляющие обстрел заданных целей, расположенных на поверхности земли и в ее глубине. Нацеленный гравитационный удар, создавая направленный гравитационный шок, разрушит целостность конструкции и уничтожит даже глубоко запрятанные, утопленные в земле фортификационные и иные сооружения. Ведь для гравитационных волн нет стен и барьеров, они проникают повсюду. Да и гравитационные мины тоже смотрятся весьма интересно: наехал танк на такую, замкнул контакт, высвободил из гравитационного аккумулятора запасенную в нем энергию и сам себя своей тяжестью раздавил.

Владимир Сурдин, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник ГАИШ
Гравитационные волны, скорее всего, существуют. Об этом свидетельствуют наблюдения за движением двойных нейтронных звезд. Астрономы обнаружили несколько таких звездных пар, в которых две очень плотные компактные звезды обращаются вокруг общего центра масс. Установлено: со временем компоненты этих пар теряют энергию и сближаются. Единственной причиной потери энергии может быть излучение гравитационных волн. Прямым доказательством существования этих волн будет их регистрация на Земле (или в космосе) с помощью создающихся сейчас гравитационноволновых детекторов. Я уверен, что в ближайшие несколько лет положительный результат земляне получат. Пока не ясно, что это даст народному хозяйству. Но еще 200 лет назад то же самое можно было сказать (и говорили!) про опыты Эрстеда и Фарадея с проволочками и магнитиками, а могли бы мы жить сегодня без электротехники и радиоволн? Гравитационные волны – это, по крайней мере, очень интересно. А будет ли от этого польза – увидим.

Гравитационный детектор «Вирго»
назван так в честь созвездия Девы (лат. Virgo-«дева»), в котором астрономы обнаружили множество сталкивающихся друг с другом галактик, по идее, генерирующих мощные волны гравитации

«СЛУШАЕМ» ГРАВИТАЦИЮ

Сближаясь по спирали, массы пульсаров теряют энергию. Нечто похожее происходит с материей, увлекаемой в воронку черной дыры. Поэтому мы можем их зафиксировать и «прислушаться» к производимым ими гравитационным возмущениям.