До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Объясняя центральную для общей теории относительности, но достаточно абстрактную идею искривления пространства-времени, физики часто привлекают знакомую метафору: мы представляем себе планеты, обращающиеся вокруг звезды, как мраморные шарики, катающиеся по натянутому резиновому полотну, которое деформируется под действием лежащего в центре шара для боулинга. Но такая метафора поднимает следующий вопрос: почему планеты не скатываются по спирали к звезде и не падают в нее? В конце концов наши шарики, безусловно, ожидает именно такая судьба21. Ответ в том, что катящиеся шарики заворачивают по спирали к центру, потому что теряют энергию из-за трения. На самом деле это можно заметить даже без какого бы то ни было сложного оборудования: некоторая часть потерянной энергии попадает вам в уши, позволяя услышать, как шарики катятся по резиновому листу. Обращающиеся вокруг звезды планеты сохраняют параметры движения неизменными, потому что в пустом пространстве практически нет трения.

Несмотря на то что трение на них не действует, любая планета все же теряет небольшое количество энергии на каждом обороте. В своем движении астрономические тела тревожат ткань пространства, рождая в ней возмущения и своеобразную «рябь», которая расходится вовне аналогично тому, как по резиновому листу расходились бы волны, если бы вы непрерывно по нему постукивали. Эта рябь на ткани пространства и есть те самые гравитационные волны, которые Эйнштейн предсказывал в статьях, опубликованных в 1916 и 1918 гг. В следующие десятилетия Эйнштейн испытывал по отношению к гравитационным волнам смешанные чувства и рассматривал их в лучшем случае как теоретическую возможность, которую никогда не удастся пронаблюдать, а в худшем — как откровенно неверную интерпретацию уравнений. Математика общей теории относительности настолько тонка, что даже Эйнштейн иногда в ней путался. Для разработки систематических методов, позволяющих одолеть эти тернистые вопросы, которые в противном случае спутали и погубили бы все попытки связать математические выражения общей теории относительности с измеримыми свойствами окружающего мира, понадобились многие годы и усилия множества ученых. К 1960-м гг., когда такие методы успели не только появиться, но и утвердиться в науке, физики уверились наконец, что гравитационные волны — бесспорное следствие теории. Тем не менее ни у кого не было никаких экспериментальных или наблюдательных данных, которые подтверждали бы, что гравитационные волны реальны.

Примерно полтора десятилетия спустя ситуация изменилась. В 1974 г. Рассел Халс и Джо Тейлор открыли первую из известных на сегодня двойную нейтронную звезду — пару нейтронных звезд, оказавшихся на общей орбите с коротким периодом22. Последующие наблюдения установили, что со временем эти нейтронные звезды сближаются по спирали; это доказывает, что двойная звезда теряет энергию. Но куда девается эта энергия?23 Тейлор и его коллеги Ли Фаулер и Питер Маккаллох объявили, что измеренная потеря орбитальной энергии замечательно согласуется с предсказанием общей теории относительности для энергии, которую движущаяся по орбите нейтронная звезда должна излучать в виде гравитационных волн24.

Хотя генерируемые волны получались слишком слабыми, чтобы их можно было обнаружить, эти работы установили, пусть косвенно, что гравитационные волны реальны.

Три десятилетия и миллиард долларов спустя лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) сделала следующий шаг и впервые сумела непосредственно зарегистрировать рябь на ткани пространства. Рано утром 14 сентября 2015 г. два громадных детектора, один в Луизиане, другой в штате Вашингтон, беспрецедентно защищенные от любых возможных возмущений, за исключением воздействия гравитационных волн, сработали. Причем в точности одинаковым способом. Исследователи готовились к этому моменту почти полстолетия, но калибровку новых усовершенствованных детекторов закончили всего двумя днями ранее. Почти немедленная после этого регистрация сигнала стала поводом одновременно для радости и тревоги. Реален ли этот сигнал? Что это — главное открытие всей жизни или работа какого-нибудь шутника? Или еще хуже — неужели кто-то взломал систему и подсунул им ложный сигнал?