23 апреля 2015 года, то есть несколько дней назад в г. Пиза, а вернее вблизи, в поле, почти на ферме состоялось рабочее совещание (мастерская - воркшоп) "Workshop on the LIGO-Virgo Electromagnetic Follow-up program", что значит "Рабочее совещание по взаимодействию LIGO-Virgo гравитационного эксперимента с приемниками электромагнитного излучения. Ну какая же МАСТЕРСКАя без МАСТЕРА. Ваш покорный слуга, как руководитель глобальной оптичской сети мониторинга МАСТЕР сделал небольшое сообщение и подписал договор о сотрудичестве МАСТЕРа с крупнейшими гравитационно-волновыми детекторами в мире.
Но давайте по-порядку. В 1564 году в этом же городе Пиза родился Галилео Галилей, где по преданию он бросал камни с Пизанской башни.(К слову сказать, он здесь же учился в университете, который не окончил, но достигнув замечательных успехов во Флоренции вернулся сюда же профессором математики.)
Правда это или нет, про бросание камней, но нужно признаться, что Пизанская башня очень удобна в качестве физической лаборатории. Итак, Галилео Галилей обнаружил, что камни падают одинаково (то есть за одно и тоже время) независимо от иx массы.
Путь Галилея.
Значение этого открытия понимают не все. На экспериментах Галилея с камнями базируется так называемый принцип эквивалентности, послуживший одной из отправных точек создания Общей Теории Относительности.
Давайте порассуждаем в терминах начала 17 века.
Я своим студентам всегда рекомендую читать классические статьи великих физиков прошлого. Например, в "Диалогах о двух системах мира", Галилео Галилей для описания инерции тела вводит (или пользуется) понятием "воли". При движении по прямой линии тело обладает волей сколь угодно долго сохранять прямолинейное равномерное движение (первый закон Ньютона, а на самом деле - Галилея). Так вот, инерцией или инертной массой можно было бы назвать волю тел препятствовать изменению неподвижного положение их относительно других тел или изменению равномерного прямолинейного перемещения. Всякая попытка заставить двигаться одно тело относительно другого с изменением скорости приводит к сопротивлению этому со стороны принуждаемого тела.
Итак масса инерции позволяет сопротивляться телу всякому внешнему насилию. А теперь, внимание, когда Галилей отпускает камень то оказывается: его воля к падению в точности совпадает с его волей к сопротивлению движению! Инерционная масса равна гравитационной, можно сказать на современном скучном языке.
F = mинерции x a = GM m гравитационная/R2
Если mинерции = m гравитационная
ускорение а - всегда одинаково, что и открыл Галилей!
А вот теперь мы наносим третий удар по ньютоновскому сознанию, который переворачивает сознание Эйнштейна. Что значит перемещение тел относительно друг друга - это изменение координат тел в пространстве, это чистая геометрия. Вопрос: почему сила притяжения оказывается пропорциональной той же массе, которая сопротивляется изменению положения тел? Потому что гравитация - это тоже геометрия!, воскликнул Эйнштейн.
На самом деле, первым кто осознал роль геометрии был наш соотечественник Николай Иванович Лобачевский. Ведь он не просто перевернул математику, поставив под сомнение 2000 летний постулат о параллельных прямых, когда придумал новую геометрию: неэвклидовую (слово придумано Ф.М.Достоевским) геометрию. В своей брошюре 1826 года он не просто открывает новую геометрию, но и высказывает уверенность, что если наш мир не плоский, то особенные, революционные изменения наступят в физике. (Отмечу, что немецкий математик Риман, получив труд Лобачевского даже не сослался на него, когда через 10 лет только открыл геометрию Римана - математически отличающуюся, но фактически продолжающую геометрию Лобачевского).
Итак, гравитация - это геометрия. Если в пустом плоском пространстве появляются тела, то пространство искривляется пропорционально инертной массе тел.
В 1916 году, сразу после открытия Общей Теории Относительности, Эйнштейн обнаружил, что при малых колебаниях тел геометрия пространства начинает периодически морщиться. Причем волны (морщинки) пространства распространяются по Вселенной со скоростью света! Так были предсказаны гравитационные волны. Любые два неподвижных свободных материальных тела попадая в поле гравитационной волны начинают периодически сближаются и удалятся. ЭТо явление используется в гравитационно-волновых детекторах.
Так вот один из таких детекторов сейчас работает под Пизой, на родине Галилея!
В 80-е годы прошлого века, известный американский физик Кип Торн, загорелся идеей зарегистрировать гравитационные волны с помощью огромного, размером в несколько километров, интерферометра типа Майкельсона. Принцип действия детектора прост - строится крестообразный туннель в концах которого вывешиваются "идеальные" зеркала. Под действием грав-волны зеркала начинают то сближаться то удаляться. Лазерный луч запускается между зеркалами вдоль двух направлений креста, а потом складывается в приемнике - где возникает то светлое то темное пятно.
Кип Торн в то время часто приезжал в СССР к академику Зельдовичу (а потом к Л.П.Грищуку). Беседовад с его учениками часто обсуждал волнующие его вопросы. В то время мы создали в Москве огромную компьютерную модель эволюции двойных звезд - Машину Сценариев - и с ее помощью осуществляли популяционный синтез галактик в части релятивистских двойных звезд. Так нам удалось впервые рассчитать спектр гравитационно-волнового излучения обычных звезд в нашей Галактики и смоделировать спектр Вселенной. Но Кипа Торна тогда волновали отдельные мощные гравитационно-волновые импульсы от сливающихся нейтронных звезд. И мы первыми в мире посчитали частоту таких явлений в галактиках тип нашей - 1 раз в 10 000 лет. Отсюда, следует, что если вы хотите регисрировать одно событие год, вы должны своим детектором охватывать 10 000 галактик типа нашей. Оказалось, чтобы обнаружить гравитационные волны от слияний нейтронных звезд надо научиться измерть смещения церка на расстояниее в тысячу раз меньшее размера ядра атома ~ 10-16см. Это означало, что человечеству нужно увеличить точность измерительных систем в 100 раз! Попробуйте в своем деле шагнуть на два порядка! Это революционный физический эксперимент. Сейчас в мире существует только 3 детектора примерно приближающихся к этой цели: два в США и один в Италии, как раз под Пизой. Два детектора и столетие теоретического открытия гравитационных волн в следующем году!
Но, уже первое неудачное десятилетие работы с гравитационно-волновыми антеннами показало, что регистрация первых гравитационных импульсов, должна быть подтверждена независимо другими приборами. Отсюда создание объединенного проекта LIGO-Virgo (американо-европейского консорциума). Да и сама установка под Пизой превратилась в европейскую гравитационную обсерваторию - EGO (Europian Gravitational ObservatoryM). Кроме того аналогичный детектор строят японцы.
Но оказывается решающим подтверждением открытия гравитационной волны было бы обнаружение на месте откуда она пришла, какого-нибудь астрономического взрыва в электромагнитном диапазоне. Например, если сталкиваются две нейтронные звезды может возникнуть явление килоновой (эффект придуман ныне покойным Богданом Пачинским). Килоновая - это нечто по энергии среднее между сверхновой и новой - должна возникать в процессе разрушения нейтронных звезд и слипания нейтроннов в тяжелые радиоактивные атомные ядра! Вот тут могут пригодиться оптические телескопы и особенно российская сеть МАСТЕР, как лучшая в настоящее время оптическая роботизированная сеть в мире.
Счаслив участвовать в историческом физическом эксперименте!
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
