Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

Все это «ожидаемые результаты» гравитационно-волновой астрономии. Однако практически каждый ученый, опрошенный мною в ходе работы над этой книгой, подчеркивал, что самыми революционными и потрясающими могут оказаться неожиданные результаты. В этом прелесть научно-исследовательской деятельности – никогда не знаешь заранее, что обнаружишь. Опыт свидетельствует, что появление новой области исследований всегда оборачивается большими сюрпризами. Нет оснований полагать, что гравитационно-волновая астрономия станет первым исключением из правила.

Астрономию иногда называют древнейшей наукой. Наши отдаленные предки смотрели на звезды и следили за перемещениями Солнца, Луны и планет. Но мне иногда кажется, что астрономия только что родилась. Долгие тысячелетия наши знания о Вселенной всецело зависели от того, что удавалось разглядеть невооруженным глазом. Только последние четыре столетия, после того как Ганс Липперхей изобрел телескоп, астрономия переживает расцвет. На протяжении этих 400 лет изучение звезд представляло собой непрерывно ускоряющуюся последовательность эпохальных озарений, обусловленных открытиями и технологическими прорывами. Кульминацией стали эра космических полетов и цифровая революция.

Основной сквозной темой являлось обнаружение новых неизученных частей электромагнитного спектра – от открытия инфракрасного света Вильямом Гершелем в 1800 г. до вывода в космос телескопов, регистрирующих гамма-излучение самых высоких энергий. Нас уже не ограничивают возможности человеческого зрения или эффект поглощения в атмосфере Земли. Впервые в истории мы увидели космос во всем его великолепии и многообразии.

Мне нравится следующий образ: традиционная, до изобретения телескопов, астрономия была заперта в здании с толстыми кирпичными стенами, окруженном прекраснейшим пейзажем. Единственный, крайне ограниченный вид открывался через одну маленькую узкую бойницу в восточной стене. Единственное, что мы могли наблюдать, – фрагмент травянистой равнины на переднем плане, холм с несколькими деревьями вдали и белое облако в голубом небе: можно составить приблизительное представление о мире вокруг, но, разумеется, очень неполное. Вот что такое астрономия оптического диапазона.

Открытие других частей электромагнитного спектра можно сравнить с пробиванием дополнительных проемов в стенах. Это уже не узкие щели, а широкие окна. Мы вдруг узнали о великолепном водопаде на юге и цепи действующих вулканов на западе, увидели реки, снеговые вершины гор и грозовые тучи. Ограниченный «вид через бойницу» остался неотъемлемой частью этого впечатляющего ландшафта, но только теперь мы знаем, как эта частность вписывается в целое, и начинаем постигать внутренние геологические закономерности. Наконец во всем появляется смысл.

Инфракрасная астрономия позволяет всмотреться вглубь облаков газа и пыли и узнать, как рождаются звезды и планеты. Ультрафиолетовая астрономия обнаруживает чрезвычайно разреженный газ в «пустом» пространстве между скоплениями галактик и позволяет понять физические процессы в недрах самых горячих звезд Млечного Пути. Астрономия миллиметрового диапазона поведала нам о слабом послесвечении Большого взрыва и дала подсказки относительно происхождения галактик и образования планет. Благодаря радиоастрономии составляются карты распределения нейтральных атомов водорода – самого распространенного элемента во Вселенной. Более того, радиоастрономия познакомила нас с такими удивительными небесными телами, как пульсары и квазары. Наконец, астрономические наблюдения в рентгеновском и гамма-диапазоне «открыли вид» на Вселенную экстремальных температур и энергий, где взрываются звезды, сталкиваются галактики, распространяются ударные волны и существуют черные дыры.

Появление новой области исследования всякий раз оборачивалось неожиданными открытиями и революционными догадками. В случае гравитационно-волновой астрономии у нас еще больше причин рассчитывать на сюрпризы, поскольку она не просто расширяет наше видение космоса, но и добавляет совершенно новый канал восприятия к средствам изучения Вселенной.

В своих вдохновляющих лекциях, адресованных коллегам-ученым и широкой аудитории, включая школьников, специалист по гравитационно-волновой физике Бернард Шутц (в 1995–2014 гг. директор Института Альберта Эйнштейна в Потсдаме, в настоящее время возглавляет Кардиффский университет в Уэльсе) сравнивает современную астрономию с прогулкой глухого по тропическому лесу. Он видит вокруг деревья, папоротники, лианы, насекомых, птиц, змей и обезьян. Со временем, будучи внимательным наблюдателем, он многое узнает об окружающем мире. У него даже может возникнуть иллюзия полного знания.