За волной волна
Прошло несколько недель после сенсационного сообщения научной группы детектора aLIGO об открытии гравитационных волн. Шумиха улеглась, количество научных статей по этому поводу несколько уменьшилось, и их тематика перешла в другую плоскость. Самое время разобраться, какие новые открытия гравитационная астрономия сулит нам в будущем и как она повлияет на наше понимание процессов во Вселенной?
Волны нашли — это действительно грандиозный результат, подтверждающий общую теорию относительности Эйнштейна ровно в год столетия ее публикации. Более того, сигнал впервые доказал существование черных дыр звездных масс, до этого момента объектов ожидаемых, предсказанных, но чье существование не было надежно установлено. Астрономы даже определили массу этих черных дыр. А что же нам обещают дальше?
Понятно, что в будущем гравитационные волны станут интересны ученым не сами по себе, а как средство пролить свет на очередные загадки Вселенной. Они превратятся из объекта исследования (скорее всего достаточно распространенного — уже скоро должны появиться свежие статьи той же команды, где они представят данные о регистрации новых сигналов), в инструмент для проверки нашего понимания мира.
Для начала давайте вспомним, что нам может дать гравитационно-волновая астрофизика. Вот круг задач, которые будут решать существующие и строящиеся гравитационные детекторы:
1. Сливающиеся двойные черные дыры могут стать прекрасными «стандартными сиренами» (по аналогии со «стандартными свечами», которые используются для определений расстояний в привычной нам электромагнитной астрономии). Если удастся зарегистрировать одновременно гравитационный и электромагнитный сигналы (например, от слияния черных дыр), то это резко повысит точность определения расстояний во Вселенной, а также обновит значения таких фундаментальных параметров как космологическая постоянная, плотность вещества во Вселенной, постоянная Хаббла, пространственная кривизна и так далее.
2. В центре нашей Галактики (как и в подавляющем большинстве других галактик) присутствует объект массой в несколько миллионов масс Солнца. Это известно по движению небесных тел вокруг того, что мы все привыкли называть сверхмассивной черной дырой , хотя прямых подтверждений того, что это именно она нет. Поэтому консервативная часть научного сообщества продолжает называть его — официально — Темным Массивным Объектом (ТМО), объясняя это тем, что согласно всем предсказаниям, оно, конечно, должно быть черной дырой, но пока мы не доказали наличие горизонта событий — лучше не рисковать. Любой компактный объект массой порядка одной солнечной, притянутый гравитацией ТМО, совершит до миллиона оборотов, излучая в пространство гравитационные волны, которые будут способны уловить гравитационные детекторы, размещенные в космосе. Форма пришедшего сигнала будет сильно зависеть от того, чем именно является ТМО. Если форма совпадет с предсказанной — это будет долгожданным доказательством существования сверхмассивных черных дыр.
Кроме того, гравитационные волны от черных дыр с массами в миллионы масс Солнца настолько сильные, что их можно будет регистрировать на значительных расстояниях. А это, в свою очередь, поможет установить, когда началось их формирование, и верно ли наше представление о том, что они образовывались частым слиянием сравнительно небольших предшественников, массами в 100-1000 масс Солнца.
Теоретическая частота гравитационных волн, порожденных разными событиями, такими как столкновение черных дыр, нейтронных звезд, взрыв сверхновых или квантовые флуктуации ранней Вселенной
NASA Goddard Space Flight Center
Поделиться
3. Подобно реликтовому излучению, которое несет информацию о Большом Взрыве, и благодаря которому температура Вселенной равна трем Кельвинам, существует также стохастический гравитационно-волновой фон. Он мог быть образован в ранней Вселенной под воздействием квантовых осцилляций (колебаний), возникших в конце стадии инфляции. Предполагаемая плотность энергии подобных осцилляций очень сильно разнится от модели к модели, но теоретически они могут быть зарегистрированы будущими детекторами. Необходимо заметить, что доказать, что это именно те реликтовые гравитационные волны, которые мы ищем, может быть совсем уж непростой задачей — у всех еще на слуху громкая история команды BICEP2, которая сначала увидела поляризацию реликтового излучения, вызванную сильными гравитационными волнами в ранней Вселенной. Потом же оказалось, что источник поляризации — это всего лишь тепловое излучение пыли в Млечном Пути.
4. Разлет вещества при взрыве сверхновой, конечно же, тоже порождает гравитационные волны. Исторически, именно на поимку этих волн были настроены первые детекторы. И хотя они так и не смогли ничего обнаружить, это вовсе не значит, что и новое поколение детекторов окажется бессильным. Проблема в том, что в Млечном пути подобные события случаются слишком редко, а значит ловить придется гораздо более слабые сигналы из других галактик. Тем не менее, именно регистрация подобных волн должна показать нам процессы, которые происходят в ядре сверхновой перед самым взрывом, когда в оболочке из водорода и более тяжелых элементов уже сформировалась нейтронная протозвезда и ее сверхсильные магнитные поля, как считается, играют важную роль в рождении сверхновой.
5. Если космические струны существуют, то в их точках перегиба должны возникать слабые гравитационные волны. Струны предсказаны теорией Великого объединения и некоторыми инфляционными моделями. Поимка подобных низкочастотных волн превратила бы эти экзотические модели в серьезные теории.
Chris Friel
Для реализации этих смелых идей нужны подходящие инструменты. Уже сейчас одновременно готовятся к запуску или проектируются сразу несколько таких детекторов. Помимо выполнения общих исследований, перечисленных выше, каждый из них будет иметь и свои уникальные особенности. Мы постараемся рассказать о самых интересных из них.
Детекторы Virgo и LIGO относились к первому поколению инструментов поиска гравитационных волн (в своем «классе», конечно, резонансные детекторы Джозефа Вебера мы в расчет не берем). Принцип их работы вкратце таков: луч лазера раздваивается системой призм и зеркал и оба получившихся луча бегают по двум туннелям, расположенным перпендикулярно. Отразившись много раз от зеркал, эти лучи снова соединяются и попадают на детектор — такая схема называется интерферометром Майкельсона. Если расстояние между зеркалами одинаковое, то оба луча приходят в фазе друг с другом (ведь они изначально испущены одним и тем же лазером). Если же по какой-то причине (например, из-за проходящей гравитационной волны) расстояние между одной парой зеркал изменилось (пусть даже очень незначительно и на короткое время), то лучи придут не в фазе, что создаст интерференционную картину вроде вот . На самом деле такие концентрические окружности хороши для лабораторных работу в ВУЗах, в то время как ученые придумали менее эффектный, но более эффективный метод: пришедший сигнал попадает на один-единственный детектор, который работает по принципу микрофона, преобразуя его в колебания напряжения. Именно поэтому первый пойманный сигнал гравитационный волны выглядел вот так:
Сигнал детекторов aLIGO. Две «гребенки» — это независимая регистрация интерференционной картины приемниками в Хэнфорде и Ливингстоне
GW150914 tutorial
Поделиться
После модернизации проект LIGO стал называться aLIGO, Virgo — aVirgo (a — advanced) и теперь это уже второе поколения детекторов. Их приборы оказались способны обнаруживать гравитационные волны (тот самый знаменитый всплеск GW150914), но их чувствительность все еще ограничена, в частности, влиянием сейсмической активности Земли и тепловыми помехами, которые ухудшают стабильность подвеса зеркал (это та часть проекта aLIGO, которой в составе международной коллаборации занимались российские ученые из группы профессора Владимира Брагинского).
Третье поколение детекторов, которое сейчас только проектируется, должно преодолеть подобные проблемы за счет, например, строительства подземных интерферометров, в которых зеркала и оборудование будет охлаждаться до сверхнизких температур. Таким прибором должен стать телескоп Эйнштейна, который будет работать по все тому же принципу интерферометра Майкельсона, но с длиной плеча в десять километров (у aLIGO всего четыре километра), а треугольная схема позволит получать координаты источника гравитационных волн. Проект находится на начальной стадии, еще не выбрано место строительства.
Чувствительности телескопа Эйнштейна на низких частотах (порядка 10-20 Гц, это звуки самых широких труб органа, на границе слышимого человеком диапазона и инфразвука) должно хватить для обнаружения гипотетического класса черных дыр промежуточной массы: отдельные черные дыры уже найдены, но их должно быть намного, намного больше. Есть теории, согласно которым подобные черные дыры могут находиться в центрах ультраярких рентгеновских источников. Телескоп сможет засечь подобные черные дыры на красных смещениях до z~15 (!), то есть практически от момента, когда они вообще могли теоретически впервые сформироваться.
Если реальная чувствительность этого телескопа окажется такой же, как планируется, то телескоп Эйнштейна сможет искать гравитационные волны от глитчей нейтронных звезд. Глитчи представляют собой своего рода «звездотрясения», возникающие тогда, когда из-за разных скоростей вращения коры и ядра поверхность нейтронной звезды начинает резко изменять свою геометрию.
Chris Friel
Следующий гигант на подходе и один из самых масштабных и ожидаемых проектов — это, конечно, eLISA
. Изначально совместный проект NASA и Европейского космического агентства (ESA) должен был называться LISA — Laser Interferometer Space Antenna, то есть космическая лазерная интерферометрическая антенна. Однако, в 2011 году из-за недостатка финансирования NASA вышла из проекта и его слегка упростили, чтобы ESA смогла потянуть постройку детектора в одиночку. Если не произойдет никаких неожиданностей, то в 2034 году в космос полетит комплект из трех спутников, которые образуют равносторонний треугольник, обращающийся вокруг Солнца по той же орбите, что и Земля, но отстающий от нее на угол в 20 градусов. Каждый спутник будет и источником и приемников сигналов интерферометра, кроме того, он будет выполнен по схеме «спутник с нулевым ускорением» (zero-drag satellite), то есть лазер и зеркала будут свободно висеть внутри внешней оболочки. Такая схема защищает прибор от воздействия каких-либо тормозящих или ускоряющих сил (вроде солнечного ветра или соударения с частицами газа и пыли), так что интерферометр будет двигаться только под воздействием гравитации (которая, как показал Эйнштейн, нисколько не сила, а очень даже искривление пространства-времени).
В статье «Перспективы детектора eLISA для обнаружения двойных черных дыр в нашей Галактике» Наоки Сето кратко описывает устройство космического интерферометра и, что более важно, пишет о научных задачах, которые стоят перед детектором: eLISA сможет мерить эксцентриситет орбит сливающихся черных дыр и определять участок неба, откуда идет сигнал. Это важно, потому что параметры орбиты напрямую зависят от способа происхождения этих ЧД.
На сегодня есть две модели их образования: сценарий «изолированных двойных» и «динамический сценарий».
В первом случае в изначально двойной системе массивные звезды эволюционируют и по каким-то причинам не разлетаются друг от друга после взрыва сверхновых, но продолжают вращаться друг вокруг друга, уже превратившись в две черные дыры. Кстати, шагом в развитии этой теории было опубликованное на нашем ресурсе несколько неожиданное предположение астрофизика Абрахама Лоеба о том, что сентябрьский гравитационный всплеск образован двумя черными дырами, появившимися в результате деления одной быстровращающейся очень массивной звезды. В этом случае эксцентриситет будет близким нулю — это круговая орбита.
В случае динамического сценария черные дыры появляются в изолированных системах или вследствие разрушения двойных систем. Важным аспектом этого сценария является наличие вокруг плотного звездного окружения. Обмен кинетической энергией систем из множества тел приводит к тому, что массивная черная дыра стремится оказаться ближе к общему центру масс звездного скопления. Там рано или поздно она оказывается захвачена гравитационным полем такой же одинокой черной дыры. Их суммарная масса и угловой момент обычно достаточны, чтобы выбросить прочь все прочие звезды и другие объекты поблизости — пара черных дыр сформирована. В этом случае эксцентриситет орбиты приближается к единице, то есть она будет эллиптической. Важно отметить, что по мере сближения и потери углового момента, орбиты будут округляться, поэтому важно зарегистрировать гравиволны еще тогда, когда черные дыры будут достаточно далеко друг от друга — и в этом расположенная в космосе eLISA не будет знать себе равных (с Земли мы сможем измерить эксцентриситет только если он будет слишком большим, например, при наличии третьей звезды, а это маловероятное событие). По последним осторожным прикидкам астрофизиков в кубе со стороной 1 гигапарсек (в этот объем входит несколько скоплений галактик) в год сливаются от 2 до 400 пар черных дыр различных масс, так что данных должно быть достаточно.
При умеренно-консервативных подсчетах, eLISA будет способна регистрировать гравитационные волны, которые уносят энергию черных дыр массами 50-100 солнечных в четырех миллиардах световых лет от нас. А черные дыры массами в миллионы и миллиарды масс Солнца она будет способна увидеть на расстояниях, сравнимых с масштабами всей видимой Вселенной. Это предоставит ученым очень важные наблюдательные данные, которые помогут выяснить процессы образования и эволюции галактик.
Chris Friel
Практически одновременно вышла еще одна статья о преимуществах, которые появятся у ученых, когда eLISA и aLIGO будут работать вместе. Альберто Сесано из Университета Бернингема в своей публикации «Прогнозы многоволновой гравитационной астрономии» утверждает, что, похоже, источники гравитационных волн, которые в сентябре засек детектор aLIGO, детектор eLISA тоже потенциально мог бы обнаружить.
Это ведет к трем важным последствиям: во-первых, детектор eLISA будет способен обнаружить несколько тысяч двойных сливающихся черных дыр, во-вторых, миллионы подобных черных дыр во Вселенной и миллионы же двойных белых карликов в нашей Галактике будут привносить заметный шум в показания детекторов, с которым надо бороться. Наконец, в-третьих, — и это может оказаться самым важным, — часть сливающихся черных дыр (до сотни по предварительным расчетам) будут сначала обнаружены eLISA и через несколько недель — aLIGO. Это даст возможность заранее подготовиться как детектору гравитационных волн, так и другим доступным телескопам, чтобы следить за выбранным участком пространства.
Такая задержка сигнала никак не связана со скоростью распространения гравитационных волн — еще в 2003 году астрофизик Сергей Копейкин в совместной работе с Эдом Фомалонтом доказал, что они летят со скоростью света. Дело в том, что eLISA будет работает на чуть бóльших длинах волн и сможет регистрировать черные дыры, которые вращаются дальше друг от друга и еще не готовы слиться (напомним, что частота гравитационных волн напрямую связана с частотой обращения черных дыр вокруг центра их масс). Если бы eLISA работала сейчас, то она бы зарегистрировала испускание гравитационных волн от той самой системы GW150914 еще 5 лет назад, определила бы массы черных дыр с точностью в одну сотую, их координаты с точностью до одного градуса и время слияния с точностью лучше, чем 10 секунд. Такая связка различных детекторов, работающих на разных частотах, открывает перспективы многоволновой гравитационной астрономии — совершенно новому способу получения знаний о мире вокруг. А если использовать гравитационные детекторы в связке с существующими привычными нам телескопами, то результаты должны быть еще лучше.
Вообще говоря, существующие модели не предсказывают сильного выброса электромагнитного излучения при слиянии черных дыр, однако космический телескоп Ферми, судя по всему, зарегистрировал гамма-излучение в той области, где обнаружили сигнал от GW150914. Это может быть ионизированный газ (плазма), который образовал подобие аккреционного диска вокруг двух черных дыр. Использование антенны eLISA в качестве упреждающего детектора поможет заранее навестись на предполагаемую область неба телескопам, работающим во всем диапазоне электромагнитного спектра — от радио и инфракрасного до рентгеновского и гамма-излучения. Изучение характеристик и особенностей черных дыр, тесты теории гравитации в экстремальных условиях, проверка наших знаний фундаментальной физики — вот это вот все станет доступным астрофизикам в течение ближайших 20 лет.
Один из вопросов, который надо решить, если мы готовимся регистрировать сверхдалекие гравитационные волны — как их искажает расширение Вселенной? Будут ли они подвержены эффекту Доплера? Недавняя статья профессора Абхай Аштекара из Penn State University утверждает, что вполне будут: и длина гравитационных волн и массы черных дыр будут искажаться пропорционально (1+z), где z — это красное смещение. То есть из-за расширения пространства нам будет казаться, например, что все черные дыры тем тяжелее, чем они от нас дальше, и на это надо будет делать поправку.
Chris Friel
Впрочем, если ждать гравитационные детекторы третьего поколения не хватает терпения и хочется красивых результатов сейчас и побольше, то у нас есть хорошая новость: японцы уже почти достроили свой детектор KAGRA (в марте 2014 года завершено строительство туннелей, регистрация сигналов должна начаться в 2018-м году). Его можно условно отнести к поколению «2+»: детектор будет чуть лучше aLIGO в области частот порядка мегагерц и сможет более точно «видеть» само слияние ЧД. А если все расчеты подтвердятся, то сможет засечь слияние нейтронных звезд на расстоянии до 240 мегапарсек (поверьте — это очень много). Парадоксально, но детектор будет улавливать те самые гравитационные волны, которые сейчас безжалостно отфильтровываются командами aLIGO и VIRGO как гравитационный шум. Вроде сигналов от нейтронных звезд, которые слишком слабые, чтобы было возможно их различить, но слишком часты, чтобы не учитывать их вовсе.
Сравнительная чувствительностьдетекторов LIGO до и после модернизации, Virgo и японского детектора KAGRA. По горизонтальной оси отложена частота гравитационных волн.
Riccardo Sturani, presentation at 9th LISA symposium, 24.05.2012
Поделиться
В заключение можно сказать, что гравитационная астрофизика, родившаяся в сентябре 2020 года, в ближайшие десятилетия будет переживать стремительный расцвет. И объединенные усилия теоретиков, наблюдателей и строителей телескопов должны (нет, не пролить свет — это выражение уже не подходит новой науке) вывести знания человечества по кривой четырехмерной дорожке пространства-времени на новый уровень.
Chris Friel
Марат Мусин
Ариадна Громова «На волне Космоса»
С позиции современного читателя сложно даже вообразить какой эффект имело первое издание в нашей стране этой антологии в далёком 1964 году, во времена когда о нынешнем разнообразии фантастической литературы на прилавках нельзя было даже мечтать. Каждый из собранных здесь А. Громовой рассказов для своего времени был полным эксклюзивом, лишь несколько новелл промелькнули до этого в журнальных публикациях, в книжном формате ничего подобного не было. Я читал переиздание этой антологии, которое вышло в 1989 году, где вместо вступительной статьи А. Громовой есть послесловие от В. Бабенко — даже сейчас антология производит впечатление крайне достойное, несмотря на то, что впоследствии большинство рассказов из её состава неоднократно переиздавались и стали хорошо известны широкому кругу читателей. В чём же секрет успеха? Я думаю в том, что во многих произведениях антологии фантастика всего лишь фон, авторов волнуют прежде всего вечные темы, которые они раскрывают на фоне вымышленных декораций, именно поэтому эти истории не утрачивают с годами своей привлекательности, не становятся анахронизмами, завоевывая любовь новых читателей.
Открывает антологию короткий рассказ «Ржавчина», написанный на антивоенную тематику. Сюжет предельно прост — молодой лейтенант приходит с новым революционным изобретением к полковнику, он убежден, что его открытие раз и навсегда положит конец всем войнам, но возможно ли преодолеть агрессию заложенную в самой глубинной природе человека, если отнять у него современные средства уничтожения — задается вопросом автор. Рассказ на самом деле прост как пять копеек, в советское время он был очень популярен и даже экранизировался, но если разобраться, то кроме громкого гуманистического посыла в рассказе больше ничего и не отыщется. Я очень ценю творчество Р. Брэдбери, но, на мой взгляд, данная работа откровенно слабовата, несмотря на присущий всем произведениям Мастера хороший литературный язык. Следующий рассказ Брэдбери под названием «Око за око» разочаровал меня ещё больше — он развивает негритянскую ветку «Марсианских хроник», описывая ситуацию когда колония негров готовится встретить корабль с Земли, на котором находится белый человек. Кроме проблемы расизма здесь нет ничего, много пафоса, эмоций, искусственного нагнетания драмы, но вся проблема выдается прямолинейно, пушечным ядром в лоб читателю — для своего времени рассказ, наверное, смелый и эпатажный, но уж очень напоминающий пафосный политический памфлет, который в ситуации, сложившейся в современном мире, смотрится, как некая дурная шутка, а вся философия здесь — на уровне детского сада.
За первой горькой пилюлей, к счастью следует шикарный десерт. Третий рассказ Брэдбери из представленных здесь — «Всё лето в один день», действие происходит на Венере, где на протяжении 7 лет идут бесконечные дожди. Марго, девочка с Земли, в отличие от местных детей помнит Солнце, она ждёт вместе со всеми, верит предсказаниям ученых, что вот-вот должен наступить краткий миг лета, когда из-за туч выглянет Солнышко. Это рассказ-атмосфера, рассказ-настроение, сильная и очень эмоционально тяжелая вещь о детской жестокости, о том как наивная, робкая вера в мечту может быть хрупка и уязвима. Как подлинный шедевр я воспринимаю следующий рассказ Р. Брэдбери — «Ревун», это настоящая философская поэма в прозе. История о бесконечном одиночестве, о безответной Любви, которая через отчаяние может обратиться в Ненависть. Сама картина так и стоит перед глазами — одинокий маяк у безбрежной громады океана, два одиноких смотрителя на границе встречи с неведомым и печальный повторяющийся рёв сирены.
После тяжелых раздумий приходит время перевести дух и отдохнуть, для этой цели прекрасно подходят два рассказа С. Лема из цикла «Сказки роботов» — «Как Эрг Самовозбудитель бледнотника одолел» и «Как Микромил и Гигациан разбеганию туманностей положили начало». Это, пожалуй, истории из числа самых оригинальных, которые я встречал в среде НФ — отличная литературная стилизация, былинный слог, смешанный с обилием околонаучной терминологии и заковыристыми именами персонажей — достаточно взглянуть на название рассказов. Вот что действительно можно назвать волшебными сказками для учёных, физиков и астрономов — первый рассказ напоминает историю Заколдованной принцессы, семеро отважных героев отправляются каждый навстречу своему приключению, чтобы заслужить любовь красавицы и получить царскую корону в обмен на голову хитрого бледнотника. Во втором рассказе автор выдаёт остроумную космогоническую гипотезу на тему большого Взрыва, своего рода научный Миф.
Очень сильное впечатление производят два рассказа Р. Шекли, вошедшие в состав антологии. «Паломничество на Землю» — это не просто остроумное сатирическое описание путешествия наивного колониста на постаревшую Колыбель человечества, но и тонкое философское исследование. Главный герой мечтает найти свою любовь, он слышал, что такое возможно на Земле, но по прибытии находит всё не таким, как он полагал — можно ли найти настоящую романтическую любовь за деньги, причем без обмана — нонсенс, или же всё-таки вариант? «Мятеж шлюпки» относится к феерическому авторскому циклу о приключениях Грегора и Арнольда, уже только за серию этих рассказов Шекли стоило бы поставить памятник. Очередное «выгодное» приобретение Арнольда в лавке старьевщика Джо — инопланетная спасательная шлюпка, необходимая приятелям для выполнения заказа на терраформирование планеты, большая часть которой покрыта океаном. Сначала всё идет довольно гладко, ну а дальше, как говорится, «вечер перестает быть томным».
Приятно порадовал фантастический триллер К. Саймака «Спокойной ночи, мистер Джеймс» — классный сюжет с рядом острых неожиданных поворотов, рассказ в котором финал имеет даже не двойное, а тройное дно. Главный герой обнаруживает себя на улице с револьвером в кармане, постепенно он вспоминает, что должен выследить и убить опасного инопланетного зверя пуудли, от действий героя зависит будущее Земли, ведь эта тварь очень хитрая, злобная и стремительно размножается. Каждый эпизод заставляет мысленно аплодировать выдумке автора, создающего напряжение в начале и поддерживающего градус тревожности до последнего предложения рассказа. Классическая хроноопера Дж. Уиндэма «Хроноклазм» — это не только коллизия временных парадоксов, но и история любви, которая не знает границ и барьеров времени. В жизнь благородного лондонского джентльмена постепенно вторгаются странные персонажи, а незнакомое имя Октавия вызывает в душе мистера Лэттери неожиданный отклик.
Небольшой рассказ-зарисовка Э. Уайта «В час досуга» концентрируется вокруг вопросов равноправия, очередной посетитель бара пришёл в заведение и принес с собой необычный металлический ящик, наделенный искусственным интеллектом. Бармен категорически отказывается обслуживать странную железную коробку — как доказать, что робот тоже человек? Неплохая ироничная история, которая совершенно не грузит и не вызывает отторжения, как упоминавшийся рассказ «Око за око» Брэдбери, тема та же, но подача не такая бесхитростная. Интересно, конечно, посмотреть как изменится мир за три столетия, главный герой рассказа Л. Сцилларда «Фонд Марка Гейбла» подверг себя добровольной заморозке, чтобы попасть в будущее, но через 90 лет его разбудили, чтобы решить несколько юридических нюансов. Хорошая социальная сатира, высмеивающая изменчивую моду, экстравагантные технические новшества, а в особенности запомнился остроумный способ затормозить научный прогресс, предложенный главным героем потомкам.
Благодаря этой антологии, я открыл для себя творчество К. Фиалковского, оба рассказа написаны в жанре твердой НФ, я бы даже сказал среднего прицела, в центре внимания начинающего на тот момент автора проблемы межзвездных путешествий. В рассказе «Вероятность смерти» автор рассматривает возможность исследований дальнего космоса с помощью мнемокопий живых людей — создается электронный клон человека и посылается в многолетний вояж к звёздам. Автор затрагивает не только техническую сторону вопроса, которая сегодня имеет явный привкус ретрофутуризма, но и пытается рассмотреть морально-нравственные аспекты такого решения. В рассказе «Бессмертный с Веги» в пределах Солнечной системы появляется давно потерянный звездолет, двести лет назад направленный к дальним мирам, единственный член экипажа, пребывавший в анабиозе, ничего толком не помнит и утверждает, что на Веге не побывал, разгадать загадку нашедшегося космолетчика предстоит героям рассказа.
Отличные впечатления оставил по прочтению рассказ «Необыкновенное жертвоприношение» К. Маклин. Исследовательская экспедиция с Земли прибывает на далекую планету, населенную человекоподобными племенами дикарей, в составе экспедиции помимо пары инженеров есть фанатичный проповедник, который буквально с трапа космолета пытается приступить к просвещению «заблудших овец». Очень оригинально показан инопланетный мир, жизненные циклы животных и растений. Короче, если по душе истории с уклоном в ксенобиологию, то этот рассказ вам понравится, а в философском плане автор придерживается старой доброй истины — со своим уставом в чужой монастырь не суйся. В заглавном рассказе антологии, который был написан румынским фантастом М. Драгомиром, земная экспедиция возвращается домой после исследования системы Тау Кита, в пределах Солнечной системы на волне, которая служит для передачи сообщений в космосе, приборы уловили радиосигнал — странную чарующую музыку, которая вызывает у каждого члена экипажа глубоко личные ассоциации и будит спящие воспоминания, каждый герой делится на этом фоне историей своей жизни, фантастика здесь на вторых ролях.
Учитывая нынешние закидоны министерства образования, порой действительно становится страшно за будущее наших детей. Эта тема волновала не только нас, как видим и в 60-е годы вопрос был актуален. Небольшой рассказ А. Азимова «Как им было весело» походя знакомит нас с системой образования 22 века, когда книги стали экзотикой, а привычную для нас школу заменили персональные преподаватели-андроиды. Предвидение автора воскрешает в памяти чудесный рассказ Р. Янга «В сентябре 30 дней». Сюда же стоит отнести и короткую антиутопию Э. Лудвига «Маленький преступник» — проступок, который совершил мальчик, герой рассказа, немыслим для общества будущего, он с ужасом ждёт возвращения отца, который явно будет в гневе — что же натворил мальчишка и что с ним теперь делать, одинок ли он в своем преступлении и есть ли сочувствующие? Рассказ читается легко и написано неплохо, но идея на сегодняшний день выглядит простенько, такого уж сильного удивления и шока не вызывает, учитывая новинки нашей техники.
Психологический фантастический триллер с элементами детектива — именно так можно охарактеризовать рассказ «Фантом», который представил нашему вниманию К. Борунь. Повествование ведется от лица врача-психиатра, который несколько месяцев наблюдал отставного генерала-милитариста, увлеченного технической новинкой — иллюзором, который позволяет моделировать различные ситуации и грозится заменить кино и телевидение. Может ли убийца одновременно быть жертвой и самоубийцей — такой интригующий вопрос ставит перед читателем автор в начале рассказа. Финал довольно интересный, в целом удачная, увлекательная история с антивоенным подтекстом. Джо Лайонс из рассказа Г. Голда «Герой» сумел пройти огонь и воду, то бишь совершил одиночное путешествие на Марс и теперь возвращается на Землю — сумеет ли он пройти испытание медными трубами? Три года в полном одиночестве оказали серьезное влияние на психику исследователя, но кажется, что те, кто остался на Земле за этот срок изменились еще больше — друзья, коллеги и родные — все видят в космонавте только символ — главного героя человечества, сможет ли кто-то разглядеть в нём личность, а не картинку с модной обложки?
В замечательном рассказе Р. Гаррета «Честность — лучшая политика» землян ожидает серьезная угроза — высокотехнологичная раса пришельцев готовит вторжение, в качестве последнего штриха «чужие» похищают главного героя, чтобы подвергнуть допросу с пристрастием на специальном оборудовании — говорить можно только правду и ничего кроме правды, сможет ли он найти нужные слова, чтобы ни разу не соврамши убедить пришельцев в военной мощи и непобедимости армии человечества? Тонкий, ироничный, идеально выверенный рассказ читать и перечитывать который — сплошное удовольствие. Повесть А. Азимова «Уродливый мальчуган» в первую очередь о нерастраченной материнской любви. После того, как из прошлого в будущее для научных исследований перемещают неандертальца Тимми, в качестве сиделки для него определяют Эдит Феллоуз. Девушка проходит путь от преодоления предрассудков перед уродливым доисторическим детенышем до чего-то близкого к материнской любви и опеке. Не знаю, но на мой взгляд у Азимова не получаются такие сентиментальные произведения, как и в случае с «Двухсотлетним человеком» эта повесть у меня не вызвала сильных эмоций, не хватает выразительных средств, описания чувств и эмоций суховаты, я прекрасно понял авторский замысле, что он стремился показать, какие чувства пробудить, но образности, проникновенности не хватает.
От сантиментов к иронии — еще одна небольшая хроноопера от А. Азимова — «Бессмертный бард», экстравагантный изобретатель уверяет, что ему удалось извлечь из прошлого и переместить в наши дни самого Вильяма, понимаешь, Шекспира, его собеседник сначала скептически относится к откровениям ученого, но постепенно начинает припоминать, что на его лекциях недавно появился необычный студент. В принципе, как небольшая шутка рассказ смотрится неплохо, особенно понравится тем, кто на уроках литературы скептически относился к рассуждениям учительницы о скрытых смыслах, которые закладывал в свое произведение тот или иной классик. Тема хронопутешествий держит сюжет и в рассказе В. Кайдоша «Дракон», история начинается как сказочное фэнтези — доблестный рыцарь собирается в пещеру дракона, чтобы победить супостата, пугающего мирных крестьян, но то что он увидел в пещере довольно неожиданно. В рассказе две сюжетные линии, несмотря на некий диссонанс, логика в их сведении безусловно имеется. Можно воспринимать рассказ как попытку объяснить происхождение средневековых легенд о драконах, хотя такие версии озвучивались в разных вариациях неоднократно.
В послесловии к антологии В. Бабенко пытается ответить на вопрос, почему данный сборник не теряет своей актуальности. Он выделяет гуманистическую направленность большинства рассказов, группирует их по общим направлениям. Положительно оценивая творчество мастеров, он критикует произведения малоизвестных авторов, отмечая отдельные положительные моменты, указывает, что некоторые рассказы представляют собой фантастику ради фантастики. Не могу согласиться с этой точкой зрения, мне кажется, что в данной подборке произведения польских и румынских писателей хотя и не могут наравне конкурировать с рассказами американских мастеров, но по крайне мере смотрятся достойно и не выглядят слабо на контрасте. Соглашусь, что сборник и в наши дни обладает не только ностальгической ценностью, но также читается с интересом. Не могу сказать, что мне понравились все рассказы без исключения, однако процент просто хороших и отличных произведений здесь довольно высок.
В поисках гравитационных волн: проект ЛИГО
В списке наиболее важных и интересных проблем современной физики и астрофизики, составленном академиком В. Л. Гинзбургом (см. «Наука и жизнь» №№ 11, 12, 1999 г.), под номером 22 фигурирует технически сложная задача — прием гравитационных волн, приходящих из космоса. Построенная для этой цели установка ЛИГО положила начало новому научному направлению — гравитационно-волновой астрономии.
Схема интерферометра Майкельсона.
‹
›
Идея существования гравитационных волн восходит к работам Эйнштейна, точнее, к созданной им к 1916 году общей теории относительности (ОТО) — теории пространства и времени, объединившей эти два понятия. Общая теория относительности, по существу, — это теория гравитации, устанавливающая связь тяготения с геометрией пространства — времени. Геометрические свойства четырехмерного пространства-времени, как и обычного трехмерного пространства, целиком определяются находящейся в пространстве материей, которая создает гравитационное поле. Влияние гравитации на геометрию проявляется в том, что она искривляет пространство-время. Мы не можем представить себе это наглядно (как в случае двухмерного «пространства», скажем, листа бумаги, который легко представить себе и плоским и изогнутым), но можем описать математически.
Эйнштейн показал, что в поле тяготения пространство — время обладает кривизной. Слабой кривизне соответствует обычная ньютоновская гравитация, управляющая Солнечной системой. Но в мощных гравитационных полях, создаваемых массивными космическими объектами, пространство-время искривлено очень сильно. А если такой объект совершает колебательное или вращательное движение, кривизна меняется. Распространение этих изменений (возмущений) в пространстве рождает «волны кривизны», которые и получили название гравитационных волн (см. «Наука и жизнь» №11, 1969 г.; № 1, 1972 г.; № 8, 1989 г.). И подобно тому, как электромагнитная волна с квантово-механической точки зрения представляет собой поток фотонов, квантование волны гравитационной приводит к понятию гравитона — частицы с нулевой массой покоя.
Излучение колеблющимися массами гравитационных волн очень напоминает излучение электромагнитных волн колеблющимися электрическими зарядами. Согласно ОТО, гравитационные волны имеют такую же скорость, как электромагнитные волны, и тоже переносят энергию. Они вызывают движение (смещение) тел, встречающихся на их пути, но ожидаемый эффект настолько мал, что до сих пор не обнаружен. Еще в 1916 году Эйнштейн вычислил мощность гравитационного излучения вращающегося стержня длиной 1 метр. Если даже раскрутить его до такой скорости, что центробежная сила достигнет предела прочности материала на разрыв, мощность излучения окажется равной всего-навсего 10-37 Вт, что зарегистрировать невозможно.
Это делает совершенно нереальным обнаружение гравитационных волн от каких-либо «земных» источников — нужны гигантские массы и столь огромные мощности для приведения их в движение, что эта задача технически невыполнима.
Ситуация становится более благоприятной, если в качестве источников гравитационных волн использовать космические объекты, в которых необходимые требования — колоссальные массы и огромные скорости вращения — обеспечены, так сказать, самой природой. Из них наиболее подходят двойные звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс, и пульсары — вращающиеся нейтронные звезды. Энергия гравитационного излучения этих источников огромна. Но и здесь, к сожалению, нет оснований для слишком оптимистических надежд, ибо эти источники находятся на громадных расстояниях от Земли (десятки световых лет), и к нам приходит ничтожная часть их гравитационного излучения.
Например, мощность гравитационного излучения двойной звезды йота Волопаса, находящейся на расстоянии 40 световых лет от Земли и состоящей из двух звезд массами 1,35 и 0,68 массы Солнца, согласно расчетам, составляет 2·1023 Вт. Земли же достигает поток излучения плотностью 10-17 Вт/см2, а от всех двойных звезд нашей Галактики приходит не намного больше — 10-14 Вт/см2 гравитационной энергии. Частота этого излучения лежит в диапазоне нескольких десятков герц.
Другой пример — излучение знаменитого пульсара PSR 0531 в Крабовидной туманности. Если даже предположить, что он излучает гравитационные волны мощностью порядка 1031 Вт (оценка, как полагают, явно завышенная), то и тогда плотность потока на Земле из-за гигантского расстояния до источника (5500 световых лет) составила бы всего 3·10-14 Вт/см2. Чувствительность же гравитационных детекторов до сих пор ограничивается величиной 10-1-10-3 Вт/см2, т. е. по крайней мере на 11 порядков меньше, чем нужно.
Однако кроме периодического гравитационного излучения от двойных звезд и пульсаров могут наблюдаться очень мощные всплески (импульсы) излучения при различных космических катаклизмах, вроде вспышек сверхновых, приводящих к образованию нейтронных звезд или черных дыр, или при их столкновениях друг с другом. Поток гравитационного излучения, возникающего при вспышке сверхновой, примерно в 1015 раз больше, чем поток от ближайшей двойной звезды. Появляется реальная возможность зарегистрировать такое излучение, но трудность состоит в том, что заранее неизвестно, когда и откуда придет всплеск. А в нашей Галактике сверхновые вспыхивают далеко не часто: в среднем один раз за 30 лет. Поэтому следует рассчитывать на прием излучения и от других галактик: сфера радиусом около 10 миллионов световых лет содержит примерно 300 галактик, и можно ожидать, что импульсы гравитационного излучения с плотностью потока 10-3 Вт/см2 будут приходить несколько раз в год. Но и эта величина находится на пределе чувствительности, и детектировать такие всплески гравитационных волн чрезвычайно трудно.
Первый эксперимент такого рода был осуществлен Д. Вебером (США) в 1969 году. Его гравитационный детектор состоял из двух разнесенных на 1000 километров алюминиевых цилиндров длиной по 1,5 м, диаметром 60 см и весом полторы тонны, подвешенных на тонких нитях в вакуумной камере. Пьезоэлектрические датчики, приклеенные к цилиндрам, преобразовывали их колебания, вызванные гравитационной волной, в электрические сигналы. Они свидетельствовали о регистрации волн довольно большой мощности. Однако результаты экспериментов Вебера вскоре были поставлены под сомнение, так как приводили к некоторым абсурдным заключениям, не согласующимся с известными фактами, например к непомерно большим потерям массы в ядре Галактики. Впоследствии эти сомнения перешли в уверенность: было доказано, что гравитационное излучение мощностью, отвечающей наблюдениям Вебера, из космоса не приходит. После этого было предложено довольно много методов обнаружения гравитационных волн и схем гравитационных детекторов: с использованием ротационных антенн — вращающихся «гантелей» (В. Б. Брагинский и др.), спутников, лазеров, сверхпроводящих магнитометров и лазерных интерферометров.
В интерферометре складываются две световые волны, идущие по разным путям. Если эти волны когерентны (имеют неизменную разность фаз и длину волны), при их сложении образуется устойчивая картина в виде системы полос. Когда длина пути, по которому проходит одна из волн, меняется, полосы смещаются на величину, пропорциональную этому изменению. Поэтому при регистрации гравитационных волн интерферометрическим методом одна световая волна отражается от зеркал, приклеенных к массивным цилиндрам, вместо датчиков, использованных Вебером. Вибрация цилиндров под воздействием волны вызывает колебания интерференционной картины, а современные электронные методы позволяют обнаружить смещения в сотые доли микрона. Но до сих пор обнаружить гравитационные волны еще никому не удалось.
К 1992 году в США был подготовлен грандиозный проект по созданию обсерватории для поиска гравитационных волн с использованием лазерных интерферометров — ЛИГО (LIGO — Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) общей стоимостью более двухсот миллионов долларов. В его осуществлении приняли участие ученые и инженеры двух крупнейших научных центров США — Калифорнийского и Массачусетского технологических институтов, специалисты из промышленности, из Колорадского, Стэнфордского и Сиракузского университетов. Технология для ЛИГО разрабатывалась двадцать лет. За это время было построено и исследовано несколько вариантов лазерных интерферометров, изготовлено уникальное помехозащитное оборудование и отработан окончательный вариант всей системы, на которой планируется проводить обширные исследовательские программы.
Проект ЛИГО ставит своей целью экспериментально изучить проблему нелинейной гравитации, черных дыр и гравитонов, выведя ее из сферы теоретических построений, и подтвердить, что пульсации кривизны пространства-времени — гравитационные волны — существуют. ЛИГО может позволить исследователям сделать заключение о величине спина (собственного момента количества движения) гравитона. По разнице во времени прибытия электромагнитных и гравитационно-волновых всплесков от одного удаленного события гравитационная обсерватория позволит определить, одинаковы ли скорости этих волн. Если они приходят одновременно, гравитон, как и предсказывает теория, имеет нулевую массу покоя.
Особенность проекта ЛИГО — возможность использования нескольких интерферометров и создания таких оптических схем, в которых одна и та же пробная масса служит общей для двух или нескольких интерферометров.
Сигналы от двойных или нейтронных звезд могут приходить в частотном диапазоне, простирающемся от очень низких частот до примерно 1 кГц. Созданная аппаратура может воспринимать частоты от 40 Гц до нескольких килогерц с максимумом чувствительности на частоте 100 Гц. Исследователи ожидают, что их уникальная установка, открывающая новое поколение гравитационных телескопов, позволит получить фундаментальные результаты, приближающие нас к разгадке многих тайн Вселенной.
