Стивен Хокинг. Непобедимый разум

Интерферометр расщепляет лазерный луч надвое, причем одна половина луча оказывается перпендикулярна другой. Луч отражается зеркалом, направляется вспять и встречается с самим собой. К каждому зеркалу прикреплена большая масса, поэтому если гравитационная волна пройдет через интерферометр, растягивая и сокращая пространство между массами (и тем самым между зеркалами), лучи слегка сместятся, и путь, который они проходят, окажется неодинаковым, в результате чего возникнет интерференционная картина (рис. 19.1).

На Земле уже были установлены детекторы гравитационных волн – в Хэнфорде, штат Вашингтон (LIGO), в немецком Ганновере и в Пизе, но царь всех этих приборов, огромнейший аппарат под названием LISA (лазерная интерференционная космическая антенна), должен отправиться в космос на трех (!) ракетах. Эти три ракеты должны будут распределиться по углам треугольника со стороной около 5 миллионов километров. Лучу света понадобится около 20 секунд, чтобы попасть из одной такой точки в другую (см. рис. 19.2). Когда гравитационные волны, растягивающие и сокращающие пространство, пройдут через этот огромный “аппарат”, их движение едва заметно изменит расстояние между ракетами, а значит, и расстояние, которое проходят лучи света между ними, и возникнет интерференция, которую чрезвычайно чувствительные приборы смогут замерить[443]. О таких аппаратах, как LIGO и LISA, говорил Кип Торн в юбилейной речи на шестидесятилетии Хокинга: он обещал, что к его семидесятилетию детекторы гравитационных волн, LIGO, GEO, VIRGO и LISA, успеют проверить его “великое пророчество о черных дырах”[444]. И детекторы работали вовсю!

Вслед за WMAP, “Планком” и LISA NASA намечает запуск Эйнштейнова зонда инфляции (Einstein Inflation Probe) для изучения космического микроволнового излучения, а также Наблюдателя Большого взрыва (Bing Bang Observer), призванного исследовать гравитационные волны. Вместе эти два подхода, возможно, дадут нам то, чего пока не сумели дать ни замеры, ни исследования, ни даже чрезвычайно успешная работа WMAP: мы поймем наконец физический механизм и энергетический масштаб самой инфляции[445]. Изучение гравитационных волн – наиболее прямой путь (для нас, жителей Земли) к постижению судьбы вселенной в первые доли секунды ее существования.

Помогут ли полученные в наблюдении данные однозначно решить вопрос, была ли инфляция или ее не было? Теория инфляции содержит определенные предсказания о паттернах и свойствах гравитационных волн. Если данные наблюдения совпадут с ее предсказаниями, это будет серьезным доказательством в пользу теории инфляции, если же гравитационных волн не обнаружится, более вероятной покажется другая модель – экпиротический сценарий, в котором не происходит инфляция, а вселенная возникает в результате чрезвычайно медленного столкновения двух трехмерных миров на бранах, движущихся в скрытом от нас дополнительном (четвертом) измерении пространства.

Высокие ставки

Возможно ли проверить общие концепции, ту же теорию вечной инфляции, с нашей точки наблюдения, затерянной внутри дальнего уголка вселенной? Какие данные можно собрать прямо тут, в отпущенных нам небольших пределах?

Стивен Хокинг и его коллеги отнюдь не отчаиваются: они верят, что можно делать обоснованные предсказания и сопоставлять их с данными точных наблюдений, которые еще предстоит получить, – например, со спутника “Планк”. В статье, написанной в сентябре 2010 года, Стивен Хокинг, Джим Хартл и Томас Хертог признали, что не существует способа “наблюдать мозаичную структуру вселенной. Мы видим не вселенную в целом, но лишь почти гомогенный регион [доступный нашему наблюдению] внутри нашего светового конуса”[446]. И хотя остается вероятность, что более существенные флуктуации могут быть обнаружены лишь на гигантских весах, которые нам создать не под силу, – на уровне “сверхгоризонта”[447], – эти ученые все же считают, что волновая функция, предсказанная отсутствием граничных условий, поможет им вычислить небольшие нарушения однообразия внутри той части вселенной, которая доступна наблюдению. Отсутствие или наличие случайности в спектре температурных вариаций фонового космического излучения, по их мнению, даст ценную информацию для построения общей картины – и для того, чтобы судить, существует ли общая картина.

Рис. 19.1. Схема установленного на Земле интерферометра гравитационных волн (предоставлена Кипом Торном).

Рис. 19.2. LISA – Лазерная космическая антенна-интерферометр, совместно установленная EAS и NASA, – будет отслеживать низкочастотные гравитационные волны (схема предоставлена Кипом Торном).