Диалоги (июнь 2003 г.) - Александр Гордон

Следующий момент. Вообще говоря, не всё так просто, как я описал. Шумов, действительно, очень много. И первый враг – броуновские шумы. На каждую колебательную степень свободы приходится кТ, на обычную степень – половиночка кТ, надо от них избавиться. Конечно, можно было бы всё морозить, но это, во-первых, дорого; во-вторых, можно заморозить, скажем, до трех градусов Кельвина. Выигрыш будет всего лишь сто раз по температуре, а по колебаниям – всего лишь 10. Надо куда сильнее. Есть приём, который был давно придуман, он заключается в том, что делают всю механическую систему высокодобротной. Тогда вся энергия – вблизи резонанса. А на крыльях – ничего. А гравитационная волна, вот то, что заставляет сжиматься и разжиматься, неоднородное ускорение, она, скажем, на ста герцах, далеко. И посему начались проблемы…

Сначала этот проект был национальным, но лет 6-7 тому назад он стал, по существу, международным. К нему присоединились британская группа, немецкая группа и две группы из России. Одна из Института прикладной физики из Нижнего Новгорода, а вторая – из МГУ, я к ней принадлежу. Теперь немножечко о том, что мы сделали.

Профессор Митрофанов и его коллега Токмаков такое зеркало, которое вы держали в руках, именно такое же, подвесили на ниточках из очень чистого кварца, у которого маленькое акустическое затухание, то, что нужно. И сделали постоянную времени, времени затухания маятника – маятник Галилея, здесь никаких хитростей нет – больше пяти лет при комнатной температуре, добротность – два на десять в восьмой.

Потом выяснилось, что есть ещё много элементов, которые надо проработать. Например, есть такая неприятность – флуктуация температуры. При полном равновесии, тем не менее, температура вашего левого плеча не равна правому, она всё время немножечко дёргается. Если взять всё плечо, то это малые доли Кельвина, но этого достаточно, если учесть коэффициент теплового расширения, чтобы появилась рябь на поверхности зеркала. В результате нельзя делать маленькое лазерное пятно, надо делать большое. Это и сделали мои коллеги Сергей Петрович Ветчанин и Михаил Денисович Городецкий. Сделали полный анализ, когда уже вся программа шла на полном ходу. Поэтому она сейчас перестраивается, увеличивают размер пятна. А на втором этапе «ЛАЙГО-2» там будет пятно размером с ползеркала.

И есть, наконец, третья проблема, самая серьёзная. Значит, всё-таки маленькие величины: мечтают добиться в 2010 году дельту эль к эль 10 в минус 22-ой. Амплитуда колебаний 10 в минус 17-й сантиметра. Нет ли здесь квантовых неприятностей? Они есть, хотя температура комнатная, и кругом полно частиц, у которых энергия намного больше той энергии, – если говорить о энергии, скажем, поступательного движения, – которую можно обнаружить. Тем не менее и от этого можно избавиться. Вот такими приёмами.

Центр масс 10-ти или 20-килограммового зеркала будет вести себя как квантовый объект. Известно, что той постоянной времени, о которой я вам сказал, если вспомнить только один вид броуновского движения, достаточно, чтобы в течение нескольких миллисекунд строго выполнялись соотношения неопределённости Гейзенберга. Фотоны стучат, сообщают неопределённость импульса. И координата не может быть измерена точнее, чем некоторый порог, для которого уже придумали название – стандартный квантовый предел. Он определяется соотношением неопределённостей и временем измерения.

Кстати сказать, как ни странно, этот порог был, так сказать, осознан относительно недавно. Квантовая теория – это 27-28 годы, а порог в 67-м году был описан. Мои коллеги и я понимали, что он есть, но не очень понимали его существо. Но чувствовали себя примерно так же, как вы, когда вам рассказывают о квантовой теории: есть волновые свойства у центра массы зеркала килограмм 10-ти массой и при комнатной температуре, но при хорошей изоляции.

Вот здесь, так сказать, наступает некоторый критический момент в поиске. Вся система рассчитана лет на 30 работы. Сейчас идёт запись на двух антеннах. Запись закончится где-то в мае, начнётся обработка. Посмотрим, не видно ли чего-либо, а вдруг чего-нибудь обнаружили? Но, по-видимому, нет – по чувствительности дотянулись до расстояния немножечко больше, чем мегапарсек от Земли. Надо всё-таки хотя бы 10 мегапарсек иметь. Заведомо эта цифра будет получена в течение ближайших пяти лет, сомнений нет.

Дальше начнётся полная реконструкция, и будут использованы, в частности, разработки МГУ и разработки из Нижнего Новгорода. Я опускаю технические детали, ведь зеркало – это шедевр технологического и физического искусства, если хотите – науки, как угодно называйте.

Наконец, ещё одна трудность. Если квантовое поведение, если есть предел – как его обойти? Есть рецепт, он был найден исторически относительно недавно. Надо перестать избирать координату. Надо избирать, например, импульс. Импульс сам с собой коммутирует во времени у свободной массы. Но это сделать не очень просто. И надо как-то переделывать так, чтобы не слишком дорого было. всё-таки треть подводной лодки, правда? Это дорого. Это же не на войну, это же для удовлетворения любопытства.

А.Г. Ну, да.

В.Б. Посему, пришлось поработать. Есть элегантная модель, предложенная моим коллегой профессором Халили. Можно обойти проблемы, и относительно простые варианты наклёвываются, но они ещё не доработаны, над этим предстоит работать. Так что всё будет интересно и очень здорово. Положительный результат мы с Михаилом Васильевичем гарантируем. Может быть, так случится, что он будет несколько позже, чем мы хотели бы, но будет.

Михаил Васильевич дальше расскажет о других длинах волн и о других источниках. Но заведомо известно следующее: узнаем, какова популяция, сколько нейтронных звёзд в галактиках, и по форме всплеска узнаем, каково уравнение состояния нейтронной звезды. Заведомо. Второе. Есть большая вероятность, не на первом этапе, а на втором, обнаружить более редкие события, когда нейтронная звезда сталкивается с чёрной дырой. Вот тут будет момент истины для общей теории относительности.

А.Г. Есть чёрные дыры или их нет?

В.Б. То, что есть плотные образования, очень на них похожие, сомнений не вызывает. Вот есть ли у них корочка, радиус Шварцшильда? Когда гравитационный потенциал точно равняется «с2». Это означает, что теория относительности справедлива до этой точки, до этой величины. Вот на это никаких экспериментальных доводов нет. И посему это будет самое интересное – столкновение нейтронной звезды с чёрной дырой или двух чёрных дыр. Профессор Торн, которого я упоминал, говорит: «Внутри чёрной дыры нет ничего, кроме как пространства и времени». Это образец, если хотите, фундаментализма, фундаменталистского подхода к тому, куда придёт наука: количество терминов, количество сущностей должно сужаться. С его точки зрения нет ничего, кроме пространства и времени.

А.Г. Что же тогда образует эту страшную гравитацию и горизонт событий? Где масса-то, если есть только пространство и время?

В.Б. Гравитационная волна – это рябь на поверхности кривизны.

А.Г. Кривизны пространства-времени?

В.Б. Да. А источники – это особые точки, тут можно чисто геометрический подход применить, если считать, что точки существуют. Их нет на самом деле, но что-то похожее на точки. Это особенность для геометродинамики. Так можно, запрета нет. Но фундаментализм здесь просто пока ещё восклицает, никаких рецептов и проверяемых на опыте результатов не даёт. Вот это то, что я хотел рассказать.

А.Г. Я только один вопрос задам: а какова вероятность столкновения двух чёрных дыр?

В.Б. Есть несколько моделей. И астрофизики здесь до конца не договорились. Если одна галактика, то, согласно замечательному физику Хансу Бете и Брауну, его соавтору, – раз в десять тысяч лет.

А.Г. Это нейтронные звёзды? Или и то и другое?

В.Б. Нет, нейтронные звёзды только.

А.Г. А чёрные дыры? Коллапс двух чёрных дыр? Мне представляется вероятность меньшей, нет?

В.Б. Наверное, меньшей. Посему мечта не 10 в 26-й сантиметра, а чуточку увеличить чувствительность. И тогда мы дойдём почти до горизонта событий. Будут космологические расстояния, следовательно, мы будем…

А.Г. Тогда всё, что происходит, мы услышим.

В.Б. То, что происходило.

А.Г. Происходило, конечно.

В.Б. В оптимистическом случае – это сто миллионов лет тому назад, в пессимистическом – 300, 400 миллионов, может быть миллиард лет. Миллиард лет – это уже космологические расстояния. Но я не хочу отнимать время у Михаила Васильевича.

А.Г. Да, пожалуйста.

М.С. Вадим Борисович рассказал о том, что люди делают на Земле, а я расскажу о том, как люди пытаются зарегистрировать гравитационные волны в космосе. Вадим Борисович привёл очень яркий пример: если мы перейдём от обычных наземных излучателей к космическим, резко вырастает мощность. Естественно, чем больше у нас масса, чем быстрее движение, тем больше мощность гравитационного излучения. Самое быстрое движение, самые большие массы – это ранняя Вселенная. Пожалуйста, картинку следующую.