Черные дыры и складки времени

• Гравитационные волны должны сильнее всего излучаться крупномасштабными когерентными колебаниями кривизны пространства-времени (например, в результате столкновения и слияния двух черных дыр) и крупномасштабными перемещениями гигантских объемов материи (например, при схлопывании ядра звезды, вызывающим образование сверхновой, или при сближении по спирали двух обращающихся вокруг друг друга нейтронных звезд). Поэтому гравитационные волны должны показать нам движения гигантских масс и гигантские кривизны. В отличие от этого, космические электромагнитные волны обычно излучаются по отдельности, огромным числом отдельных и независимых атомов или электронов, и эти отдельные электромагнитные волны, каждая из которых колеблется немного иначе, затем накладываются друг на друга, образуя суммарную волну, которую и наблюдают астрономы. В результате, в первую очередь мы узнаем от электромагнитных волн о температуре, плотности и магнитных полях, под действием которых находятся излучающие атомы и электроны.

• Гравитационные волны сильнее всего излучаются областями пространства с такой сильной гравитацией, что в них не работает описание Ньютона, которое поэтому должно быть заменено описанием Эйнштейна, т. е. областями, в которых движутся, колеблются и сворачиваются с околосветовыми скоростями гигантские объемы материи и пространственно-временной кривизны. Примерами могут служить Большой взрыв, породивший нашу Вселенную, столкновения черных дыр и пульсации новообразованных нейтронных звезд в центре взрывов сверхновых. Поскольку эти области сильной гравитации обычно окружены плотными слоями вещества, поглощающего электромагнитные волны (но не поглощающего гравитационные), области с сильной гравитацией не могут нам их посылать. Электромагнитные волны, которые видят астрономы, следовательно, почти полностью приходят из областей со слабой гравитацией, где скорости невелики, например, с поверхностей звезд и сверхновых.

Эти отличия предполагают, что те объекты, симфонии которых нам хотелось бы изучить с помощью гравитационно-волновых детекторов, будут практически не видны в видимом свете, радиоволнах и рентгене, а объекты, которые астрономы изучают сейчас в световом, рентгеновском и радиодиапазонах, будут почти не видны с помощью гравитационных волн. Гравитационная Вселенная должна выглядеть абсолютно не так, как выглядит электромагнитная Вселенная; гравитационные волны должны научить нас тому, что мы никогда не узнаем от волн электромагнитных. Именно поэтому гравитационные волны должны вызвать революцию в наших представлениях о Вселенной.

Можно оспорить это утверждение, сославшись на то, что наше теперешнее, основанное на электромагнитных волнах понимание Вселенной настолько полнее того, что у нас было в 1930-х, что гравитационно-волновая революция не будет такой впечатляющей, как переворот, вызванный радио и рентгеновскими волнами.

Мне это кажется сомнительным. Я болезненно чувствую недостаточность нашего понимания, когда оцениваю печальное состояние сегодняшних оценок силы гравитационных волн, в которых купается Земля. Для каждого типа гравитационно-волновых источника, который когда-либо предлагался, за исключением, разве, слияния обычных двойных звезд, либо при заданном расстоянии сила гравитационного излучения имеет неопределенность на несколько порядков, либо также на несколько порядков различаются оценки частоты встречаемости таких источников (а тем самым, и возможное расстояние до ближайшего из них). Часто неопределенной является даже сама возможность существования таких источников.

Эти неопределенности вызывают значительные неудобства при планировании и разработке гравитационно-волновых детекторов. Это отрицательная сторона. Положительная сторона заключается в том, что когда гравитационные волны, наконец, будут обнаружены и изучены, мы, может быть, будем вознаграждены многими сюрпризами.

* * *

В 1976 г. я еще не был так пессимистически настроен по поводу твердотельных детекторов. Наоборот, я был в высшей степени оптимистичен. Первое поколение детекторов недавно дало первые результаты и имело чувствительность, которая была замечательно хорошей по сравнению с тем, что можно было раньше предполагать. Брагинский и другие изобрели множество умных и обещающих идей для колоссального улучшения в будущем, а я, как и многие другие, только начинал понимать, что гравитационным волнам предстоит сделать революцию в нашем понимании Вселенной.