Существование гравитационных волн впервые было предсказано в 1916 году Альбертом Эйнштейном, основываясь на общей теории относительности. О том, что гравитационные волны удалось наблюдать, — это произошло в сентябре 2015 года, почти случайно — было объявлено в феврале 2016 года. Это стало одним из самых грандиозных открытий в физике за многие годы. На заседании Президиума РАН 26 апреля академик Владислав Иванович Пустовойт сделал научное сообщение «Об открытии гравитационных волн».
Участие российской стороны во всех этих исследованиях было признано во всем мире весьма значительным (см. наш материал «Открытие гравитационных волн: российский вклад»). В исследовании понимания этих явлений большую роль сыграли работы академиков Ландау и Лившица, Зельдовича, Гинзбурга Новикова и многих других.
Долгие годы подтвердить (или опровергнуть) существование гравитационных волн не представлялось возможным. Первое косвенное свидетельство существования гравитационных волн было получено в 1974 году благодаря работам американских астрономов Расселла Халса и Джозефа Тейлора, получивших в 1993 году Нобелевскую премию по физике. Халс и Тейлор в течение 15 лет наблюдали за системой двойного пульсара, фиксируя все изменения его периода.
Они пришли к выводу, что параметры изменения энергии при пульсации точно соответствуют формуле Эйнштейна. Был сделан вывод о том, что гравитационные волны все-таки существуют. Это было косвенное открытие гравитационных волн.
Долгое время основным вариантом детекторов гравитационных волн были резонансные детекторы. Джозеф Вебер в начале 1960-х годов начал такие исследования. Принцип действия такого детектора состоит в том, что гравитационная волна, проходя через большую, — около нескольких метров, твердую, массивную, обычно алюминиевую болванку, — сжимает и расширяет ее, и таким образом возбуждает в ней колебания, которые можно зафиксировать.
Чтобы повысить чувствительность такого «прибора», его стали охлаждать до гелиевых или даже супергелиевых температур. Существуют эти установки и сегодня, но обнаружить гравитационные волны в реальности до сих пор ни на одной из них не удалось.
Докладчик рассказал об обнаружении и исследовании гравитационных волн при помощи лазерного интерферометра. Идея использовать лазерные интерферометры для поиска гравитационных волн впервые была предложена в 1962 году автором доклада вместе с М.Е. Герценштейном. В то время это казалось несбыточной мечтой.
Было показано, что интерференционная картина при больших длинах волны будет смещаться под действием гравитационной волны. Приходящая волна будет смещать одно зеркало интерферометра относительно другого, и тогда возникает сигнал рассогласования, и этот сигнал будет зафиксирован. В том числе и на основании этой идеи впоследствии в мире был создан целый ряд уникальных экспериментальных установок. Это в первую очередь, детекторы LIGO и VIRGO, GEO и целый ряд других установок в разных странах мира, в том числе и в России.
Экспериментальные детекторы способны зарегистрировать гравитационные волны огромной силы, возникающие в результате колоссальных катастроф во Вселенной – коллапсов двойных черных дыр, сливании нейтронных звезд. Излучение постепенно сокращает их орбиты, и, в конечном счете, приводит к их слиянию, порождающему в этот момент особенно мощную гравитационную волну, буквально «прокатывающуюся» по Вселенной.
Именно такой сигнал был зарегистрирован 14 сентября 2015 года двумя детекторами LIGO: сначала в Ливингстоне, а через 7 миллисекунд — в Хэнфорде. У работников LIGO есть библиотека «сценариев», которые соответствуют различным событиям во Вселенной. Они показали, что это событие соответствует слиянию двух черных дыр. Это был всплеск гравитационной волны от слияния двух гигантских черных дыр, находящихся на расстоянии около 1,3 млрд. световых лет от Земли. Огромная масса этих двух черных дыр может двигаться со скоростью в половину скорости света. Событие получило обозначение GW150914 и считается первым прямым свидетельством существования гравитационных волн.
Ученые LIGO сделали оценки масс этих двух черных дыр, по формуле постньютоновского приближения для вращающихся масс: одна из них приблизительно составляет 36 солнечных масс, вторая — 29 солнечных масс. Докладчик подчеркнул, что по его собственной оценке, сделанной на основе иного подхода, учитывающего субсветовые скорости движения этих объектов, эти массы практически совпадают с этими результатами.
Каких фундаментальных результатов можно ожидать в будущем? Во-первых — это проверка общей теории относительности. Это, как говорят многие, — новое открытие Вселенной, теперь мы можем теперь получать больше информации о событиях, происходящих в пространстве.
Еще один вопрос — развитие методики и направлений новых исследований гравитационных волн. В Европе создается новая установка — подземный телескоп Эйнштейна, который будет регистрировать колебания гравитационного поля. А лазерные интерферометры могут впоследствии найти применение в оценке гравитационного поля Земли для различных целей.
Планируются космические исследования международной коллаборации — на солнечную орбиту будет запущено три спутника с расстоянием между «плечами» в миллион километров, и такая система, вращаясь вокруг Солнца, получит информацию об ультранизкочастотных колебаниях гравитационных волн. Начало этой работы уже положено. Проект, возможно, будет осуществлен уже к 2025 году.
Далее, на заседании был рассмотрен ряд иных вопросов:
О присуждении ученой степени доктора honoris causa иностранному ученому, профессору Шоу-Ан Чену (Тайвань).
О присуждении премии имени И.И. Шмальгаузена 2016 года Ольге Степановне Воскобойниковой (Зоологический институт РАН) за серию работ «Онтогенетические основы эволюции рыб подотряда нототениевидных».
О присуждении золотой медали РАН имени А.П. Карпинского 2016 года академику Николаю Павловичу Лаверову за выдающиеся работы по изучению топливных ресурсов для ядерной и углеводородной энергетики, пионерские исследования по геологии Российской Арктики, геоэкологии и изучению Земли из космоса.
