Отголоски Большого взрыва. Для чего нужно изучать гравитационные волны?
Владимир Путин вручил государственные премии 2018 года. Одна из премий в области науки и технологий присуждена за исследования гравитационных волн.Лауреатами стали профессор МГУ Валерий Митрофанов, академик Владислав Пустовойт и заместитель директора по научной работе Института прикладной физики РАН Ефим Хазанов. Премия присуждена «за создание фундаментальных основ и инструментальных решений проблем регистрации гравитационных волн».
Как сказано в официальном сообщении, авторами предложены приоритетные фундаментальные идеи и реализован ряд инструментальных решений, позволивших впервые осуществить непосредственную регистрацию гравитационных волн.
АиФ.ru побеседовал с доктором физико-математических наук, профессором Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова Валерием Митрофановым.
— Валерий Павлович, давайте признаемся: обыватель до сих пор не понимает, что такое гравитационные волны и для чего их изучать. Как бы вы доходчиво объяснили, зачем нужны эти исследования?
— Прежде всего обнаружение гравитационных волн открывает новую эру в астрономии. Традиционная астрономия ведёт наблюдения в разных диапазонах электромагнитных волн. Ещё есть регистрация космических лучей, нейтрино. А теперь появился новый канал получения информации об астрономических объектах. Это важно, поскольку во Вселенной есть объекты, которые в электромагнитных волнах не наблюдаемы.
Кроме того, электромагнитные волны в той или иной степени могут поглощаться при их распространении. А для гравитационных волн Вселенная почти прозрачна. С увеличением чувствительности детекторов мы сможем увидеть гравитационные волны, которые образовались в первые моменты после Большого взрыва. Теперь астрономия способна дать ответы на фундаментальные вопросы, волнующие астрофизиков: о пределах справедливости общей теории относительности, о процессах, происходящих при экстремальных давлениях и температурах в нейтронных звёздах и сверхновых, о природе тёмной материи и энергии.
— Понятно, что это фундаментальная наука. Но возможны ли в будущем какие-то прикладные применения таких исследований?
— Здесь я могу дать самый общий ответ. Когда были открыты электромагнитные волны, кто-нибудь думал о мобильном телефоне? А теперь он есть у каждого.
Другой важный момент: при создании детекторов для обнаружения гравитационных волн зачастую требуются новые технологии и устройства. Это стимулирует промышленность.
— Ваша научная группа работает в составе международного проекта LIGO, на установках которого в 2015 году и были открыты гравитационные волны. В чём состоит вклад российских физиков в работу коллаборации?
— Вклад физиков МГУ в эти открытия, несомненно, важен. Но простым языком это трудно объяснить, мне придётся прибегнуть к терминологии.
Наши учёные определили стандартный квантовый предел чувствительности детектора при используемой процедуре измерений, когда дальнейшему улучшению чувствительности препятствуют законы квантовой механики. А также указали способы преодоления стандартного квантового предела: для этого нужно использовать другие схемы измерений.
Российские физики разработали уникальные монолитные кварцевые подвесы пробных масс и создали установки, с помощью которых можно исследовать определённые процессы в них на предельных уровнях. Было открыто явление параметрической неустойчивости в гравитационно-волновых интерферометрах: оно проявляется при больших мощностях оптической накачки. А также открыты новые виды шумов, возникающих в многослойных диэлектрических покрытиях зеркал интерферометра. Решения всех этих проблем сыграли важную роль в успехе проекта LIGO по обнаружению гравитационных волн.
Я сейчас упомянул только вклад учёных МГУ. Но не менее значителен вклад исследователей из Института прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде. Они также представляют Россию в коллаборации LIGO. А академик Владислав Пустовойт первым предложил и обосновал идею использования лазерных интерферометров для детектирования гравитационных волн.
— При столь весомом вкладе наших учёных Нобелевскую премию за обнаружение гравитационных волн получили три американца. А ведь советские физики начали интересоваться их поиском ещё в шестидесятые годы. У вас это вызывает досаду или какое-то иное чувство?
— С моей точки зрения, эти учёные справедливо получили Нобелевскую премию. Они являются основателями проекта, который в конце концов привёл к открытию гравитационных волн. Они взяли на себя ответственность, убедили научную общественность и финансирующие органы, что регистрация этих волн возможна. Они предложили проект, собрали первые научные коллективы для его реализации.
В дальнейшем этот проект стал международным. А работы российских учёных позволили успешно преодолеть многие неизбежные трудности и проблемы, возникшие при его реализации.