Притяжение космоса

События/Статьи Автор

В апреле мы снова отмечаем День космонавтики, день покорения космоса, день, когда человек преодолел притяжение Земли и шагнул в необозримое пространство, в котором затеряна наша планета. Много открытий сделано с тех пор, и сегодня, вслед за пионерами, мы продолжаем разгадывать тайны космоса.

Международная конференция «Гравитация, космология и механика сплошных сред», прошедшая 3–4 марта в Конференц-зале УЛК, была посвящена 100-летию со дня рождения выдающегося физика, математика и инженера Кирилла Петровича Станюковича. Станюкович внес значительный вклад в развитие многих областей науки, включая газодинамику, физику взрыва, магнитную гидродинамику, создание ядерного оружия, астрофизику, космологию и теорию гравитации. По случаю такого юбилея научное сообщество нашло нужным обсудить текущее положение дел во всех областях, интересовавших ученого.

 

Организаторами данной конференции выступили МГТУ им. Н.Э. Баумана, физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, Центр гравитации и фундаментальной метрологии ВНИИМС, Российский университет дружбы народов, Российское гравитационное общество, Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.

Однако это не единственный юбилей, который имеет непосредственное отношение к изучению гравитации и космологии – в 1916 году Альберт Эйнштейн в рамках общей теории относительности предсказал существование гравитационных волн, а 100 лет спустя, то есть в этом году, экспериментально было доказано их существование. Такое интересное совпадение не могло не отразиться на обсуждаемых учеными вопросах.

О том, как прошло мероприятие, «Бауманцу» рассказал ученый секретарь конференции Павел Антонюк.

– Скажите, почему организаторы мероприятия в качестве места проведения конференции выбрали МГТУ? Ведь Кирилл Петрович Станюкович работал не только у нас.

– Действительно, Станюкович работал в разных организациях, но значительный период его деятельности тесно связан с МГТУ. Здесь он фактически основал направление «физика взрыва». Кроме того, Кирилл Петрович заведовал кафедрами, которые сегодня обозначаются как СМ-4 («Высокоточные летательные аппараты») и ФН-1 («Высшая математика»). Поэтому конференция проводится именно здесь. Свою роль сыграло и то, что такое сочетание технического оснащения и комфортных условий для проведения подобных конференций кроме как в МГТУ найти довольно трудно.

– Судя по сложности обсуждаемых вопросов, с докладами выступают далеко не студенты.

– У нас выступают прежде всего ученики Кирилла Петровича, его коллеги и специалисты, работающие по направлениям, которые интересовали Кирилла Петровича.

– Какие темы на конференции наиболее актуальны?

– В связи с тем, что недавно были открыты гравитационные волны, а у нас гравитация – как раз одна из тем конференции, то мы сразу сделали «крен» в эту сторону. У нас выступали выдающиеся ученые, которые непосредственно причастны к открытию гравитационных волн – академик РАН Владислав Иванович Пустовойт (еще в 1962 году им был предложен, совместно с М. Е.  Герценштейном, метод регистрации этих волн, который впоследствии и был использован) и профессор Валентин Николаевич Руденко (МГУ). В первую очередь хочу отметить интересные пленарные доклады, которые сделали президент Российского гравитационного общества Виталий Николаевич Мельников, академик РАН Георгий Сергеевич Голицын, профессора Михаил Иванович Киселев (МТ-4), Виктор Валентинович Селиванов (СМ-4) и Юрий Петрович Рыбаков (РУДН).  В работе конференции принял также участие академик РАН Александр Иванович Леонтьев.

Докладов было много, выступали специалисты из ведущих университетов нашей страны, сотрудники многих институтов РАН, всего более сотни авторов. Участники конференции отметили общий высокий уровень выступлений, доклады были очень конкретны. Мы надеемся, что состоявшиеся чтения не только дали возможность вспомнить научные достижения профессора Станюковича, но и послужат дальнейшему развитию российской науки.

 

 

Эйнштейн опять оказался прав

 

В 2015 году ученым удалось зафиксировать «рябь пространства-времени» – гравитационные волны, возникшие, предположительно, от катастрофического столкновения двух черных дыр. Их масса в 29 и 36 раз превышала массу Солнца, а само слияние произошло 1,3 миллиарда лет назад.

Физики-бауманцы давно и успешно занимаются проблемами гравитации. Владимир Гладышев, доктор физико-математических наук, декан факультета ФН, рассказал об этом открытии нашему корреспонденту Елене Емельяновой.

– Гравитационные волны удалось «поймать» благодаря методу лазерной регистрации, – начал рассказ Владимир Олегович. – Этот метод еще в 1962 году предложил Владислав Пустовойт (ныне академик РАН, а в прошлом зав. кафедрой «Оптико-электронные приборы научных исследований» МГТУ – Прим. ред.). Недавно в соавторстве с Владиславом Ивановичем на кафедре физики издали книгу «Лазерные гравитационно-волновые антенны». «Русский след» в этом открытии очень важен. Тысячи ученых во всем мире, публикующие статьи на эту тему, всегда ссылаются на пионерские работы Пустовойта.

Столетие веры

В 1916 году Эйнштейн опубликовал статью, в которой рассчитал мощность гравитационного излучения. Из уравнения теории относительности следовало, что в пространстве и времени должны существовать волны кривизны пространства, и они распространяются со скоростью света. Физики в это поверили почти на 100 лет. Сегодня мы говорим о триумфе теории относительности – подтверждены ее основные предсказания: гравитационное отклонение света вблизи гравитирующего тела, отклонение перигирия Меркурия, гравитационное покраснение фотона, и, наконец, существование гравитационных волн – фантастическое открытие!

Возможно, не все бауманцы знают об этих предсказаниях. Ведь курс общей теории относительности не входит в программу физики МГТУ. Да и квантовая механика, без которой было бы невозможно создание гравитационных антенн, изучается только на «избранных» специальностях. Поэтому я попросила Владимира Олеговича объяснять «на пальцах».

Российская идея ловли волны

– Помните анекдот о неуловимом Джо? Оказалось, что он неуловим потому, что никому не нужен. Может быть, и волны неуловимы поэтому же?

– Нет. Как раз наоборот. Тысячи ученых долгие годы «ловят» их именно потому, что они нужны. Если мы научимся регистрировать гравитационные волны, то сможем посмотреть, что находится, например, внутри Солнца, сможем гораздо глубже заглянуть в природу материи, законы формирования звезд, расширить фундаментальные представления о природе Вселенной, о ее возникновении и развитии. Почему? Потому что гравитационные волны слабо взаимодействуют с веществом. Волны, зарождающиеся в глубине Земли, спокойно выходят за ее пределы, почти не затухая. Это относится и к другим объектам. Значит, волны несут информацию из недр Земли, Солнца, черных дыр, электронных звезд… Для сравнения: электромагнитные волны не способны преодолеть даже тонкий слой вещества – они сразу поглощаются, рассеиваются.

Создать на Земле источник волн нереально. Его мощность будет настолько мала, что зарегистрировать волну мы не сможем. Поэтому взгляды ученых обращены в космос. Мощные гравитационные волны рождаются, например, когда одна звезда падает на другую, или после «схлопывания» нейтронной звезды и возникновения пульсара…

– Какие «сети» расставили ученые на пути гравитации?

– Весь мир пользуется российской идеей – лазерными интерферометрами. Если гравитационная волна проходит через него, то изменяет расстояние между его зеркалами, а это приводит к смещению интерференционных полос. Чем больше амплитуда гравитационной волны, тем сильнее смещение.

Лазерные интерферометры были темой моего диплома. Мы много лет занимаемся ими в МГТУ. М. Киселев, А. Морозов, я и другие – продолжатели школы К. Станюковича, который работал в МВТУ и сотрудничал с Ландау, Зельдовичем, Курчатовым.

– У вас, так сказать, «кружок».

– «Кружок» от слова «круг», фигуры замкнутой. А мы – школа. С многочисленными контактами и в России, и за рубежом. Например, тесное сотрудничество у нас с группой В. Руденко из Астрономического института МГУ, он регулярно приглашает наших студентов для научной работы по гравитационной теме. Есть контакты с группой В. Брагинского из МГУ. Они занимаются высокодобротными подвесами – на тонкой вольфрамовой нити подвешивается массивное зеркало. Как сделать подвес, из чего изготовить зеркало, чтобы уменьшить тепловые шумы – их вопросы. Меня с Брагинским познакомил академик В. Гинзбург, сказав: «Посмотрите, чем бауманцы занимаются – делом занимаются, и у них интересные результаты».

Россия и антенный треугольник

– Что это за результаты?

– Мы разрабатывали методы оптико-электронной регистрации, которые позволили бы построить эффективную гравитационную антенну, но не такую огромную и подверженную разным шумам, как в США. Американская имеет два плеча по четыре километра каждое. Очень дорогое удовольствие.

Мы сделали небольшой прототип гравитационной антенны, на котором отрабатываем наш метод. Работы дают такой результат, к которому американцы на своих антеннах даже не приблизились. У нас получено более общее решение, содержащее дополнительные члены в уравнениях, которые позволяют оптимизировать процесс приема и поднять отношение сигнал / шум, чтобы легче доказать, что это тот самый сигнал, который вы хотите «поймать».

– Будете продолжать?

– Конечно. Мы совместно с МГУ провели российско-итальянское совещание по созданию нового поколения гравитационных антенн. В Италии находится второй по размеру (после американцев) интерферометр. Они готовы предоставить нам чертежи по строительству этих гравитационных антенн. Весь мир будет только рад, если мы построим антенну. Чтобы точно сказать, что зарегистрирована гравитационная волна и указать место, откуда она пришла, в мире нужно минимум три антенны. Желательно, чтобы они были максимально отдалены друг от друга. Антенный треугольник «США – Италия – Россия» позволит эффективно регистрировать гравитационные волны и определять их направление.

– Почему антенна не по нашим чертежам?

– Очень много технических и технологических тонкостей: особая система вакуумирования и охлаждения, лазеры, оптоэлектронная система управления, специальные компьютеры, уникальные зеркала с коэффициентом отражения до 0, 99999 и прочее. Люди десятилетиями занимались этим, и грех не воспользоваться результатами их работы. Мы и воспользовались: отвезли участников российско-итальянского совещания в Дмитровский филиал – можно ли построить там антенну? Можно. Есть земля, электроэнергия, железная дорога – минимальные элементы для развертывания работ.

А создание антенны – комплексная инженерная проблема, организующая и объединяющая весь вуз. Все факультеты нужны, чтобы решить огромное количество технических задач. Это реальный симбиоз «наука – техника – образование».

В результате можно стать центром развития современных технологий в стране. Здесь интерес не только у фундаментальной науки. Прикладные аспекты этих работ нужны и для оборонной промышленности, и для освоения космоса. Если сейчас за границей начнут с помощью гравитационных волн исследовать космос, то мы, пока у нас нет своей антенны, будем «курить в сторонке» и завидовать.

Потенциал и поэтапный апгрейд

– Продолжите, пожалуйста, фразу: для активизации работ в МГТУ уже есть …

– … Две лаборатории, которые занимаются этими проблемами. Мы получили грант на создание прототипа лазерного интерферометра для регистрации гравитационных волн. Там отрабатываются методы, которые предлагают Пустовойт и Морозов. В моей лаборатории изучаются эффекты оптики движущихся сред, которые нужно учитывать при поиске волн. Второе – мы проводим конференции по теории относительности, на которую приезжают ученые со всей Европы и обсуждают идеи, связанные с гравитационными экспериментами.

Научные семинары и конференции поддерживают уровень науки. Ученые собираются, им интересно, они работают, несмотря на то, что денег в фундаментальную науку не вкладывали десятилетиями. Потенциал не утерян. В России этим сейчас занимаются две группы в МГУ, мы в МГТУ и новосибирские лазерщики. Четыре активных коллектива на всю страну.

– Есть ли у нас шансы в нынешней экономической ситуации «выбить» деньги?

– Нам не нужны миллиарды сразу. Пока можно обойтись более скромными средствами. Даже американцы все делали постепенно. Сначала построили около стены университета 40-метровый интерферометр. Каждые два-три года делали его «апгрейд». Возможно, и нам так надо – начав с малого, поэтапно переходить с уровня на уровень.

Сегодня зарубежные коллеги дают нашим ученым записи своих гравитационных антенн – ищите гравитационные волны. Хочется верить, что в будущем мы сможем расшифровывать свои записи, сделанные на бауманской гравитационной антенне.

 

Елена Емельянова, Дарья Баканова