Детекторы гравитационных волн

До сих пор все, что известно об астрономии, приходило к нам в фор-
мe электромагнитного излучения, будь это звездный свет, радио- или
микроволновые сигналы из глубин космоса. Сегодня ученые вводят
первое новое средство для научных открытий, а именно гравитацию.
«Каждый раз, как мы смотрели на небо по-новому, мы видели новую
вселенную», — говорит Гари Сандерс из Калифорнийского техно-
логического института, заместитель директора проекта гравитаци-
онных волн.

Впервые о гравитационных волнах заговорил Эйнштейн в
1916 году. Представьте, что случилось бы, если бы Солнце исчезло,
Припоминаете аналогию шара для игры в боулинг, утопающего в ма-
трасе? Или еще лучше — в батуте? Если этот шар внезапно убрать, то
батут немедленно возвратится в свое первоначальное состояние, что
создаст волны, бегущие вовне по батуту. Если шар для боулинга заме-
нить Солнцем, то мы увидим, что гравитационные волны движутся с
определенной скоростью, а именно со скоростью света.

Хотя позднее Эйнштейн нашел точное решение для своих
уравнений, допускавших существование гравитационных волн,
он отчаялся увидеть при жизни подтверждение своего прогноза,
Гравитационные волны чрезвычайно слабы. Даже ударные взрывные
волны, образующиеся при столкновениях звезд, недостаточно силь-
ны, чтобы их можно было измерить в ходе проводимых в настоящее
время экспериментов.

Пока что существование волн гравитации подтверждено лишь
косвенно. Два физика, Рассел Хале и Джозеф Тейлор мл., выдвинули
следующую гипотезу: если изучить двойные звездные системы, в ко-
торых вращающиеся звезды движутся одна за другой в космическом

пространстве, то окажется, что каждая звезда испускает поток гра-
витационных волн, похожих на волны, образующиеся при размеши-
вании патоки. При этом орбита обеих звезд постепенно становится
все меньше и меньше. Эти ученые изучили смертельную спираль
двух нейтронных звезд, постепенно приближающихся друг к другу.
Объектом их исследования стала двойная система нейтронных звезд
PSR 1913+16, которая находится на расстоянии около 16000 све-
товых лет от Земли. Звезды этой системы совершают полный виток
одна вокруг другой за 7 часов 45 минут, и в этом процессе в космиче-
ское пространство испускаются волны гравитации.

Применив теорию Эйнштейна, эти ученые обнаружили, что
две рассматриваемые звезды должны сближаться друг с другом на
один миллиметр за каждый полный виток. Хотя такое расстояние
фантастически мало, в год оно увеличивается почти до метра, в то
время как орбита в 700 000 км медленно уменьшается в размерах.
Эта новаторская работа показала, что уменьшение орбиты в точ-
ности соответствует предсказаниям теории Эйнштейна на основе
гравитационных волн. (В сущности, уравнения Эйнштейна предска-
зывают, что звезды в конце концов столкнутся через 240 миллионов
лет вследствие потери энергии, испускаемой в космос в виде грави-
тационных волн.) За свою работу Рассел Хале и Джозеф Тейлор мл.
получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году.

Мы можем также пойти в обратном направлении и использовать
этот точный эксперимент, чтобы измерить, насколько точна сама об-
щая теория относительности. При проведении вычислений в обрат-
ном порядке выясняется, что общая теория относительности верна
как минимум на 99, 7 %.