Читать книгу "Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса - Митио Каку"

Однако, даже несмотря на такую чувствительность детектора, многие ученые признают, что LIGO, возможно, не обладает достаточной чувствительностью для улавливания действительно интересных событий за время своей работы. Следующая модернизация установки, LIGO II, намечается в 2007 году (при условии получения финансирования). Если детектор LIGO не уловит гравитационных волн, то смело можно ставить на то, что это получится у LIGO II. Кеннет Либбрехт, ученый, принимающий участие в проекте LIGO, заявляет, что LIGO II увеличит чувствительность оборудования в тысячу раз: «Вы переходите от [улавливания] одного события раз в 10 лет, что довольно мучительно, к одному событию в три дня, что уже приятно»{174}[39].

Чтобы детектор LIGO уловил сигнал от столкновения двух черных дыр (на расстоянии до 300 млн световых лет), ученым пришлось бы ждать от года до тысячи лет. Многие астрономы, возможно, сомневаются в целесообразности изучения подобных событий при помощи детектора LIGO, если это означает, что свидетелями этого события станут их пра-пра-пра… правнуки. Но как выразился один из участников проекта LIGO Питер Солсон: «Людям нравится решать эти технически сложные задачи подобно тому, как строители средневековых соборов продолжали свою работу, зная, что они, возможно, не увидят оконченной церкви. Но если бы не существовало такой большой вероятности увидеть гравитационные волны в течение моей жизни, то я бы не работал в этой области. Это не просто нобелевская лихорадка… Характерным отличием нашей работы является степень точности, к которой мы стремимся; если вы работаете таким образом, то вы двигаетесь в правильном направлении»{175}. Вероятность обнаружения поистине интересного события в течение нашей жизни будет намного выше при использовании детектора LIGO II, который, возможно, обнаружит сталкивающиеся черные дыры на расстояниях до 6 млрд световых лет с частотой от десятка в день до десятка в год{176}.

Однако даже детектор LIGO II не будет обладать достаточной чувствительностью для обнаружения гравитационных волн, испускаемых в момент его создания. Для этого нам придется подождать еще 15–20 лет до запуска космической лазерной антенны-интерферометра LISA[40].

Детектор гравитационных волн LISA

LISA (Laser Interferometry Space Antenna – космическая лазерная антенна-интерферометр) представляет собой следующее поколение детекторов гравитационных волн. В отличие от LIGO, он будет базироваться в открытом космосе. Около 2010 года NASA совместно с ESA планирует запуск трех спутников, которые будут выведены на солнечную орбиту на расстоянии почти 50 млн км от Земли[41]. Три лазерных детектора образуют в космосе равносторонний треугольник (со стороной 5 млн км). Каждый спутник будет оснащен двумя лазерами, которые обеспечат непрерывный контакт с двумя другими спутниками. Хотя мощность испускаемых лазерами лучей будет составлять всего лишь 0,5 Вт, оптическое оборудование спутников настолько чувствительно, что оно сможет улавливать вибрации, исходящие от гравитационных волн, с точностью до 10–21 (что соответствует смещению на одну сотую размера одного атома). LISA должна уловить гравитационные волны от источников, находящихся на расстоянии до 9 млрд световых лет от нас, охватывая таким образом бо́льшую часть видимой Вселенной.

Антенна-интерферометр LISA будет настолько точна, что, возможно, зафиксирует первоначальные ударные волны самого Большого взрыва[42]. Это представит нам наиболее точную картину момента сотворения. Если все будет идти по плану, то LISA сможет заглянуть в первую триллионную долю секунды после Большого взрыва, что, вероятно, сделает ее самым мощным инструментом для космологических исследований{177}. Считается, что LISA сможет представить первые экспериментальные данные относительно точной природы единой теории поля – теории всего.

Одной из важных целей антенны-интерферометра LISA (или ее преемников) является представление неоспоримого доказательства – «дымящегося ружья» для теории инфляционного расширения Вселенной[43]. До сих пор теория инфляции вписывается во все космологические данные (плоскость, флуктуации в космическом фоне и т. д.). Но это не означает, что данная теория верна. Чтобы окончательно решить этот вопрос, ученые хотят изучить гравитационные волны, пущенные в самом процессе инфляционного расширения. «Отпечаток пальца» гравитационных волн, образовавшихся в момент Большого взрыва, должен показать разницу между теорией инфляционного расширения и любой другой конкурирующей теорией. Некоторые ученые, к примеру Кип Торн из Калифорнийского технологического института, считают, что LISA сможет установить, является ли правильной хотя бы одна из вариаций струнной теории. Как я уже объяснял в главе 7, согласно теории инфляционного расширения Вселенной гравитационные волны, возникающие в результате Большого взрыва, должны быть довольно интенсивными, чтобы соответствовать стремительному, экспоненциальному расширению молодой Вселенной; в то же время экпиротическая модель говорит о более медленном расширении, которое сопровождалось более плавными гравитационными волнами. Антенна-интерферометр LISA должна опровергнуть различные конкурирующие теории Большого взрыва, а также подвергнуть серьезному испытанию струнную теорию.

Линзы и кольца Эйнштейна

Еще одним мощным средством исследования космоса могут служить гравитационные линзы и кольца Эйнштейна. Уже в 1801 году берлинскому астроному Иоганну Георгу фон Зольднеру удалось вычислить возможное преломление звездного света солнечной гравитацией (хотя, поскольку Зольднер использовал исключительно законы ньютоновской механики, его результат был ошибочным. Эйнштейн отметил: «Половина этого преломления вызвана ньютоновским полем притяжения Солнца, а вторая половина – геометрической трансформацией [искривлением] пространства, вызываемой Солнцем»{178}).