Происхождение Вселенной

В 1969 году Райнер Вайсс (род. 1932) был молодым профессором Массачусетского технологического института. В то время гравитационные волны были всего лишь теоретическим курьезом: самому Эйнштейну потребовались годы, чтобы поверить в предсказание своей собственной теории о том, что от движущихся космических тел распространяется рябь по пространству-времени. Затем физик Джозеф Вебер (1919–2000) объявил, что он зарегистрировал гравитационную волну с помощью инструмента, напоминающего ксилофон. Вебер назвал этот инструмент резонансным детектором.

«Студенты на моем курсе были увлечены идеей возможности существования гравитационных волн, – рассказывает Вайс. – До этого я плохо разбирался в этих самых волнах и, хоть убей, не мог понять, каким путем они могут заставить звучать цилиндр.

Я продолжал думать и пришел к выводу: есть только один путь объяснения того, как гравитационные волны взаимодействуют с материей. Представьте, что вы посылаете световой импульс между двумя массами. Затем вы делаете то же самое, но в присутствии гравитационной волны. И вдруг – о чудо! – вы видите, что время, которое требуется свету, чтобы пройти от одной массы до другой, изменяется из-за этой волны. Если волна становится больше, она заставляет время немного вырасти. Если волна съеживается, то время уменьшается тоже. И вы сможете увидеть это колебание времени на часах.

Целых три месяца я думал над тем, что мне со всем этим делать. Во-первых, я посчитал, что трудно найти достаточно хорошие часы. Но мы проделали несколько экспериментов, и я понял, что с лазерами можно проводить невероятно точные измерения. Я записал полученные результаты, но не опубликовал их. Институтский народ хотел знать, как я провожу свое время, и этот пункт я вставил в ежеквартальный отчет о работе моей лаборатории. Я пришел к выводу, что, если сделать достаточно большой детектор, можно попробовать обнаружить гравитационные волны».

Барри Бэриш

Для воплощения идеи Вайсса в жизнь Национальный научный фонд США (US National Science Foundation, NSF) начал финансировать проект, который превратился в 1979 году в лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию LIGO. Но дело продвигалось медленно, и когда в 1994 году физик Барри Бэриш (род. 1936) из Калифорнийского технологического института возглавил проект, фонд NSF практически потерял веру в него:

«Было большое сопротивление. Проект был весьма рискованным и требовал больших затрат. Поэтому мы полностью модернизировали его. Через шесть месяцев он выглядел как совершенно новый проект. И это было трудно сделать – если бы вы спросили меня тогда, можем ли мы построить то, что, как мы знаем теперь, нужно для обнаружения гравитационных волн, ответ был бы отрицательным.

Идея заключалась в том – и я об этом говорил – что с помощью первоначальной версии LIGO можно будет обнаружить гравитационные волны. И он постепенно где-нибудь превратится в детектор, который мы условно назвали “Усовершенствованная обсерватория LIGO”. Но, по правде говоря, кроме общих идей об этой усовершенствованной LIGO, у нас не было никакой конкретики. Самым удивительным для меня во всем этом деле является то, что все эти 22 года, пока мы не достигли успеха, мы ухитрялись получать финансирование».

Майкл Ландри

В США детекторы LIGO располагаются в двух местах: в Ливингстоне (штат Луизиана) и в Хэнфорде (штат Вашингтон). С момента своего присоединения к проекту в 2000 году Майкл Ландри, ведущий специалист центра в Хэнфорде, убеждал всех, что их прибор имеет наивысшую возможную чувствительность для регистрации самых микроскопических сигналов:

«Космос – это жесткая среда, не желающая вибрировать. Детектор должен зарегистрировать изменения, которые составляют примерно тысячную долю размера протона. Это все равно, что зафиксировать изменение в расстоянии между Солнцем и ближайшей к нам звездой Проксима Кентавра, равное толщине человеческого волоса.

У нас идет непрерывная борьба за подавление шума в приборе. Есть шумы земного происхождения, такие как землетрясения. Не такой яркий пример шума – «звон» Земли: на низких частотах она звенит подобно колокольчику из-за того, что океанские волны разбиваются о континентальный шельф.

Если у побережья Аляски или в Мексиканском заливе штормит, колебания почвы возрастают. Нам нужно подавлять эти движения, регистрируя их сейсмометрами и включая их в системы сейсмического подавления. Подобно этому работают шумоподавляющие наушники, создавая образец шума внешней среды и затем воспроизводя его в противофазе, чтобы внешние шумы не досаждали вашим ушам.

Кроме того, существует много внутренних шумов, которые также надо подавить, типа электронного шума или квантового шума в лазере. Все это означает, что детекторы LIGO – самые тихие и самые чувствительные детекторы, созданные когда-либо руками человека».